В физике мы частенько встречаемся с такой штукой, как универсальная газовая постоянная. Вроде как и понятно, что её значение равно 8,31 Дж/Моль*градус.
Используется она преимущественно в задачах про газы и газовые законы. Но пытливые умы обязательно спросят...А зачем всё это и почему универсальная?
Для начала начнем со стандартного определения из учебника:
Универсальная газовая постоянная — константа, численно равная работе расширения одного моля идеального газа в изобарном процессе при увеличении температуры на 1 К. Равна произведению постоянной Больцмана на число Авогадро. Обозначается латинской буквой R.
Разбираем определение по атомам
Слово константа оно и понятно без лишних комментариев. В физике оно означает нечто типа "неизменная не при каких условиях величина". Скажем, масса гири 10 кг и при нормальных условиях этот параметр не изменится, если не отпилить от гири кусок.
Численно равная - это просто красивая формулировка, которая означает что одно число равно другому числу.
Одного моля... - что такое моль мы наверное помним. Это количество вещества. Такая единица измерения объема. Для тех, кто не помнит, отметим, что моль - это количество вещества массой равной его молекулярной массе. Например, есть молекула водорода, состоящая из двух атомов. У неё есть стандартная масса. Значит, чтобы взять 1 моль водорода, нужно взять массу водорода, равную массе 1 молекулы этого водорода. Для каждого вещества это свой объем.
Идеальный газ - это несуществующий в природе газ. Его упрощенная модель, которая не учитывает взаимодействие между самим частицами газа, кроме их соударений друг с другом или при ударе об стенки. Почему модель? Потому что если брать газ реальный, то крыша может натурально поехать. Для упрощения мы рассматриваем модель.
Изобарный процесс - это процесс, который протекает при постоянном давлении. Скажем, если кипятить воду в открытой кастрюле, то процесс изобарный. Давление постоянное, так как крышки нет, а температура с объемом могут изменяться.
Про число Авогадро мы писали отдельно в этом материале. Повторяться уже не будем.
А вот про постоянную Больцмана вспомним! Это физическая постоянная, определяющая связь между температурой и энергией. Грубо говоря, благодаря этому значению можно рассчитать, насколько вырастет энергия газа при нагреве. Ну а равна она 1,38*10^-23 Дж/К.
Как всё это увязать в голове
Здорово...Теперь мы все термины знаем. Но всё равно непонятно, для чего нужна газовая постоянная. Попробуем сказать понятными словами тоже самое.
Если увеличить температуру на один кельвин при неизменном давлении процесса, то газ расширяется и при этом расширении системой (газом) совершается работа (или затрачивается энергия), равная универсальной газовой постоянной или 8,31 Дж.
Ну так-то вроде теперь всё понятно! Кроме того, для чего это знать...
Для чего нужна универсальная газовая постоянная
Нужна эта величина для упрощения расчётов. Она так и будет мелькать во всем курсе физики. Физический смысл мы уже знаем.
Эта величина используется всегда, когда речь заходит о процессах, где есть работа при изменении состояния газов. Скажем, когда нужно рассчитать изменение термодинамических параметров если изменился один из них. Выведение этой величины в единую газовую постоянную упрощает дальнейшие расчёты.
Универсальная газовая постоянная удобна при расчетах, касающихся макроскопических систем, когда число частиц задано в молях.
------------
Обязательно оцените статью лайком и подпишитесь на проект! Это очень важно для развития канала. Виноваты странные алгоритмы Дзена!
-------------
Советую также прочитать на нашем канале:
-----