Физика. Лекция 383.Уравнение состояния идеального газа. Квазистатические процессы. Универсальный газовый закон.

Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. Прежде чем переходит к теме сегодняшней лекции давайте с вами разберем одну интересную задачу. Задача на определение температуры при которой функция распределения по скоростям молекул водорода будут совпадать с функцией распределения по скоростям молекул азота при комнатной температуре.

Ну а теперь переходим непосредственно к распределению Максвелла. И так мы с вами изучали это распределение, в том числе, и практически...

...и так мы с вами изучаем молекулярно-кинетическую теорию и основная задача молекулярно-кинетической теории - это установление связи между макроскопическими и микроскопическими параметрами состояния системы.

• Макроскопические параметра - это объем, температура, давление....
• Микроскопические параметры - это кинетическая энергия хаотического движения молекул, средняя кинетическая энергия. Это число молекул в единице объема, т.е концентрация и т.д.

Давайте вспомним, что мы уже знаем...у нас есть основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа...

И так уравнение Клапейрона-Менделеева - это уравнение связывающее между собой макроскопические параметры системы идеального газа.

А что если мы имеем дело не с идеальным газом? Можно ли тогда вообще говорить об уравнении состояния? Например, если мы имеет дело с твердым телом или жидкостью или имеем дело с какими-то парами, которые конденсируются. Можно ли тогда говорить об уравнении состояния? И что в этом случае связь между давлением, температурой и объемом отсутствует? Нет, такая связь есть, но, просто, она не будет описываться уравнением Клапейрона-Менделеева. Т.е это очень частный случай для идеального газа, но, вообще говоря, уравнение состояния может существовать для любой системы. Другое дело какое оно имеет вид. Мы с вами немного позже познакомимся с уравнением состояния реального газа в котором учитывается взаимодействие молекул самым простым образом. Это так называемое уравнение Ван-дер-Ваальса, которое подробно изучается физиками и которое не будет иметь такой совершенный вид, как уравнение Клапейрона-Менделеева. А если мы хотим познакомится с поведение жидкости или твердого тела, то бывают ситуации, когда вообще невозможно записать уравнение состояния в виде формулы. В этом случае можно составить таблицу, которая связывает давление, объем и температуру. Но это не наглядно...поэтому лучше представить эти данные графически. Значит, графические данные, которые представляют связь объема, температуры и давления называется диаграммой состояния. Давайте сформулируем строго.

Диаграмма состояния - это график на котором показана связь температуры, давления и объема.

Если уравнение состояния можно записать только в простейшем случае, то диаграмму состояния можно указать для любой системы. Будь то твердое тело или жидкость, так как на диаграмме состояния можно отобразить переход состояния системы из твердого состояния в жидкое, жидкого в газообразное и все это на диаграмма состояния видно и мы будет изображать эти диаграммы состояния, только немного позже. Но все-таки физикам хотелось бы как-то не смотря на существование взаимодействия между молекулами как-то получить связь между макроскопическими и микроскопическими параметрами даже если они не в состоянии представить это в виде формулы. И с развитием компьютерных технологий появился раздел молекулярной физики...очень интересный...появился он лет 30 или 35 лет назад, когда появились ну более или менее приличные компьютеры, который называется молекулярная динамика. И этот раздел опирается на три положения молекулярно-кинетической теории.

А теперь давайте вернемся к уравнению Клапейрона-Менделеева. Очень часто задачи таковы, что масса газа остается постоянной, но при этом меняется давление, температура или объем. Значит меняется состояние системы. Так вот любое изменение состояния системы называется процессом. Давайте сформулируем строгое определение.

Процесс - это любое изменение состояния системы.

Процесс - это вещь далеко не простая, что имеется ввиду?

Квазистатический процесс - это процесс в ходе которого система постоянно находится в состоянии теплового равновесия.

Сразу стоит отметить, что таким процессов в природе не существует - это модель. Но не существует же и идеального газа - это тоже модель, но она прекрасно работает. И давайте разберемся в каком случае, тогда процесс на самом деле не является квазистатическим, но при этом можно считать квазистатическим.

А теперь давайте приведем пример процессов не являющихся квазистатическими.

И в заключении лекции давайте рассмотрим еще одну форму записи уравнения Клапейрона-Менделеева для ситуации, которая очень часто встречается, а именно мы умеем дело с одним и тем же газом, причем, с одной и той же массой.

На этом мы эту лекцию закончим.

Если тебе понравилось, подпишись на канал и поддержи автора