Для даної маси газу добуток тиску на об’єм, поділений на абсолютну температуру, є величиною сталою.

Для двох станів незмінної маси ідеального газу ОГЗ має вигляд:

 

Найпростішими є процеси, у яких змінюються лише два параметри, а третій залишається незмінним.

Процеси, що відбуваються при незмінному значенні одного із параметрів називають ізопроцесами. Розрізняють три види ізопроцесів: ізохорний (V = const), ізобаричний (р = const) та ізотермічний (Т = const).

Кількісні залежності між двома параметрами газу при фіксованому значенні третього параметра називають газовими законами.

Процес зміни стану термодинамічної системи при сталій температурі називають ізотермічним.

В ізотермічному процесі не змінюються температура і маса газу (Т = const, m = const), а змінюються тиск газу р і об’єм газу V.

Ізотермічний процес підпорядковується закону Бойля - Маріотта: за незмінної маси газу та незмінної температури добуток тиску газу р на його об’єм V є величина стала.

 

рV = const.

Для двох станів газу маємо:

р₁V₁ = р₂V₂.

Процес зміни стану термодинамічної системи при сталому тиску називають ізобаричним.

Ізобаричний процес підпорядковується закону Гей - Люсака: при постійній масі газу та незмінному тиску об’єм газу V прямо пропорційний його абсолютній температурі Т.

 

 

Для двох станів газу маємо:

 

Процес зміни стану термодинамічної системи при сталому об’ємі називають ізохорним.

Ізохорний процес підпорядковується закону Шарля: при постійній масі газу та незмінному об’ємі тиск газу р прямо пропорційний його абсолютній температурі Т.

За умови, що V = const із об’єднаного газовогозакону отримуємо:

 

 

Для двох станів газу маємо:

 

Задача 53. В балоні місткістю 25,6 л знаходиться 1,04 кг азоту при тиску 3,55 МПа. Визначити температуру газу.

 

Задача 54. Газ займає об’єм 586 л за температури 293 К і тиску 607,8 кПа. Знайти об’єм газу за температури 248 К і тиску 400 кПа.

Задача 55. Тиск газу за температури 293 К дорівнює 107 кПа. Яким буде тиск газу, якщо його нагріти до 423 К при сталому об’ємі?

 

Задача 56. Газ займає об’єм 250 см³ за температури 300 К. Який об’єм займе цей газ, якщо його температура зросте до 324 К? Тиск і маса газу незмінні.

 

Задача 57. Посудину місткістю 12 л, що містить газ за тиску 0,4 МПа, з’єднують з іншою посудиною місткістю 3 л, з якої повністю відкачано повітря. Знайти кінцеве значення тиску. Процес ізотермічний.

 

Д.З.: 1. §§ 46

2. §§ 5.2 – 5.4, 5.6.

3. Задачі 2.60, 3.3, 3.17.

Заняття 14. Властивості пари.

Пароутворення і конденсація.

Внаслідок теплового руху молекули стикаються між собою і обмінюються енергією. При цьому кінетична енергія одних молекул зростає, а інших – збільшується.

Ті молекули, у яких кінетична енергія виявляється більшою за середню кінетичну енергію інших молекул, можуть подолати їх притягання і вилетіти за межі рідини з повітрям, за умови, що вони знаходяться у поверхневому шарі рідини і рухаються у напрямку до неї. Таким чином відбувається процес переходу речовини з рідкого стану в газоподібний. Над поверхнею рідини утворюється пара.

Пароутворення – це. Пароутворення може відбуватися шляхом випаровування або кипіння.

Оскільки з рідини вилітають молекули з досить великою кінетичною енергією, а залишаються – з меншою, то рідина при випаровуванні охолоджується.

Випаровування -це пароутворення, що відбувається лише з вільної поверхні рідини.

Швидкість випаровування (кількість молекул, що випаровуються за одиницю часу) залежить від роду рідини, її температури і від площі вільної поверхні рідини. Крім того, швидкість випаровування рідини залежить від густини пари над її вільною поверхнею. Якщо пару віддаляють від поверхні рідини, то випаровування відбувається інтенсивніше.

Випаровування може відбуватися також з поверхні твердих тіл. Це явище називається сублімацією.

Частина молекул пари внаслідок хаотичності свого руху повертається назад всередину рідини.

Процес переходу речовини з газоподібного стану в рідкий називається конденсацією.

Швидкість конденсації (кількість молекул, що повертаються всередину рідини за одиницю часу) залежить від густини пари.

 

Насичена і ненасичена пара.

Процеси випаровування та конденсації відбуваються одночасно. Якщо рівень рідини не змінюється, то це значить, що між рідиною та її парою встановилася динамічна рівновага, тобто випаровування та конденсація відбуваються з однаковою швидкістю. У цьому стані густина (а отже і концентрація молекул) пари досягає свого максимального значення.

Пара, що знаходиться у стані динамічної рівноваги зі своєю рідиною, називається насиченою.

Пара, що не знаходиться у стані динамічної рівноваги зі своєю рідиною, називається ненасиченою.

Якщо насичену пару за незмінної температури стискати, то рівновага порушується. Густина пари зростає, а отже зростає і швидкість конденсації, що приводить до зменшення густини пари. Це відбуватиметься доти, доки густина пари не набуде початкового значення. Отже, концентрація молекул насиченої пари не залежить від об’єму за сталої температури.

Тиск пропорційний концентрації р = n·k·T (рівняння стану ідеального газу). Оскільки концентрація молекулнасиченої пари n не залежить від об’єму, то і тиск насиченої пари також не залежить від об’єму, а залежить лише від температури. Ця залежність (ділянка АВ на рис. 21) не є прямо пропорційною, як для ідеального газу за сталого об’єму. Це відбувається тому, що тиск насиченої пари зростає не стільки за рахунок росту температури, скільки за рахунок зростання концентрації молекул.

Якщо уся рідина випарується, то при подальшому нагріванні пара стає вже ненасиченою і її тиск за сталого об’єму зростає прямо пропорційно температурі (ділянка ВС на рис. 21).

 

Кипіння рідини.

Кипінням називають процес пароутворення, що відбувається в об’ємі всієї рідини.

Кипіння відбувається за сталої температури. Температура, за якої відбувається кипіння, називається температурою кипіння. У кожної рідини своя температура кипіння, яка залежить від тиску насиченої пари.

Кипіння відбувається за умови, що тиск насиченої пари дорівнює зовнішньому тиску.

Чим більший зовнішній тиск, тим вища температура кипіння. Температура кипіння за нормального атмосферного тиску називається точкою кипіння.