Тема: Уравнение состояния идеального газа

Цели урока:

а) Обучающая: изучение основ термодинамики

б) Воспитательная: положительного отношения к знаниям; воспитание дисциплинированности

в) Развивающая: развитие мышления (классифицировать факты, делать обобщающие выводы и т. д.); развитие познавательных умений (формирование умений выделять главное, конспект, наблюдать); развитие умения владеть собой

Задачи урока:

Изучить основные газовые законы для идеального газа

Обеспечение урока:

«Физика 11» (авторы Жилко В.В., Лавриненко А.В., Маркович Л.Г.)

Ход урока:

1. Организационный момент – 1 мин

2. Проверка домашнего задания – 10 мин

3. Объяснение нового материала – 25 мин

4. Закрепление материала – 7 мин

5. Домашнее задание – 2 мин

Конспект урока:

УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА

При использовании температурной шкалы Кельвина графики законов Шарля и Гей-Люссака принимают вид прямой пропорциональности (см. рис. 61, 62), математическое  выражение законов также несколько изменяется.

Закон Гей-Люссака:

если объем V данного количества газа V не меняется, то отношение его давления P к температуре Т постоянно:

(V=const, = const)

Закон Шарля:

если давление P данного количества газа v не меняется, то отношение его объема V к температуре Т постоянно:

(p = const,  = const)

Графики изотермического, изобарного и изохорного процессов приведены на рисунке 63.

Рис. 63. Графики изопроцессов на различных диаграммах

Экспериментальные газовые законы дают возможность получить уравнение состояния газа, т. е. функциональную зависимость между параметрами (P, V, Т), характеризующими состояние системы.

Это соотношение представляет собой уравнение состояния для фиксированного количества газа или уравнение Клапейрона. Подчеркнем, что оно описывает только равновесные состояния газа.

Таким образом, при любом изменении состояния данного количества газа произведение давления на объем, деленное на абсолютную температуру, остается постоянным.

Газ может находиться в различных состояниях, однако в физике четко фиксированы так называемые нормальные условия, или нормальные давление и температура, соответствующие следующим значениям:

р₀= 1,00 атм = 1,01∙10⁵ Па = 760 мм рт. ст.

T₀ = 273 К (t = 0°С).

Уравнением Клапейрона— Менделеева (уравнение состояния для произвольного количества газа):

PV = RT

P- давление газа, V – объем газа, - количество вещества, T – температура газа, R – универсальная газовая постоянная (R ≈ 8,31)

Уравнение состояния получено на основе экспериментально установленных газовых законов. Условия применимости его для различных газов различны. Физическая модель газа, для которого уравнение состояния выполняется точно, называется идеальным газом. К этой модели мы вернемся позже при использовании статистического подхода для анализа свойств газов. Реальные газы имеют значительные отступления от рассмотренных экспериментальных законов при высоких давлениях и низких температурах. Например, при давлении порядка 15 000 атм объем азота в 16 раз превышает расчетный. Вследствие этого уравнение состояния Клапейрона — Менделеева правильно называть уравнением состояния идеального газа.

Вопросы:

1. Что называется уравнением состояния?

2. Какой  газ  называют идеальным?

3. Выведите уравнение состояния идеального газа, используя  законы  Бойля — Мариотта и Шарля; Шарля и Гей-Люссака; Бойля — Мариотта и Гей-Люссака.

4. Чему равна универсальная газовая постоянная в СИ?

5. Выведите уравнение состояния для одного моля идеального газа.

6. Что  называют уравнением Клапейрона для идеального газа?

7. Получите уравнение Клапейрона — Менделеева для идеального газа.

8. Что означает понятие «нормальные условия» для газов?

9. Сформулируйте закон Авогадро.

10. Сформулируйте закон Дальтона.