ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับของเหลว การพูดถึงเฉพาะการขยายปริมาตรเท่านั้นก็สมเหตุสมผลแล้ว สำหรับของเหลวจะมีค่ามากกว่าของแข็งมาก ตามประสบการณ์แสดงให้เห็น การขึ้นอยู่กับปริมาตรของของเหลวกับอุณหภูมิจะแสดงเป็นสูตรเดียวกันกับของแข็ง

หากที่อุณหภูมิ 0° C ของเหลวมีปริมาตร V 0 ดังนั้นที่อุณหภูมิ t ปริมาตร V t จะเป็น:

วี เสื้อ = วี 0 (1 + ?t)

ในการวัดค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของของเหลว จะใช้ภาชนะแก้วเทอร์โมเมตริก ซึ่งทราบปริมาตร ลูกบอลและท่อถูกเติมด้วยของเหลวที่ด้านบน และอุปกรณ์ทั้งหมดได้รับความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด ในกรณีนี้ของเหลวส่วนหนึ่งจะไหลออกจากภาชนะ จากนั้นภาชนะที่มีของเหลวจะถูกทำให้เย็นลงในน้ำแข็งละลายที่อุณหภูมิ 0° ในกรณีนี้ ของเหลวจะไม่เต็มภาชนะทั้งหมดอีกต่อไป และปริมาตรที่ยังไม่ได้บรรจุจะแสดงปริมาณของเหลวที่ขยายตัวเมื่อถูกความร้อน เมื่อทราบค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของแก้ว จึงสามารถคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของของเหลวได้อย่างแม่นยำ

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของของเหลวบางชนิด

อีเธอร์ – 0.00166

แอลกอฮอล์ – 0.00110

น้ำมันก๊าด – 0.00100

น้ำ (ตั้งแต่ 20° C ขึ้นไป) – 0.00020

น้ำ (ตั้งแต่ 5 ถึง 8° C) – 0.00002

การขยายตัวทางความร้อน

จากตารางค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นในบทความการขยายตัวเชิงเส้นของของแข็ง จะเห็นได้ว่าค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของของแข็งมีขนาดเล็กมาก อย่างไรก็ตามการเปลี่ยนแปลงขนาดของร่างกายที่ไม่มีนัยสำคัญที่สุดเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิทำให้เกิดพลังมหาศาล

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าแม้จะยืดตัวเพียงเล็กน้อยก็ตาม แข็งใหญ่ กองกำลังภายนอก- ดังนั้น ในการเพิ่มความยาวของแท่งเหล็กที่มีหน้าตัด 1 ซม. 2 ประมาณ 0.0005 จากความยาวเดิม จึงจำเป็นต้องใช้แรง 1,000 กก. แต่จะได้ขนาดการขยายตัวที่เท่ากันของแท่งนี้เมื่อได้รับความร้อน 50 องศา ดังนั้นจึงชัดเจนว่า เมื่อขยายตัวเมื่อถูกความร้อน (หรือหดตัวเมื่อเย็นลง) 50 องศา ก้านจะออกแรงดันประมาณ 1,000 กิโลกรัม/ซม. 2 บนวัตถุเหล่านั้นซึ่งจะป้องกันการขยายตัว (การบีบอัด)

พลังมหาศาลที่เกิดขึ้นระหว่างการขยายตัวและการบีบอัดของของแข็งนั้นถูกนำมาพิจารณาในเทคโนโลยี ตัวอย่างเช่นปลายด้านหนึ่งของสะพานไม่ได้รับการแก้ไขอย่างถาวร แต่ติดตั้งบนลูกกลิ้ง รางรถไฟไม่ได้วางชิดกัน แต่มีช่องว่างระหว่างรางรถไฟ ท่อส่งไอน้ำจะถูกแขวนไว้บนตะขอ และมีการติดตั้งตัวชดเชยระหว่างท่อแต่ละท่อ โดยจะงอเมื่อท่อส่งไอน้ำยาวขึ้น ด้วยเหตุผลเดียวกัน หม้อต้มไอน้ำของหัวรถจักรจึงถูกยึดไว้ที่ปลายด้านหนึ่งเท่านั้น ในขณะที่ปลายอีกด้านหนึ่งสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ

การขยายตัวเชิงเส้นของของแข็ง

ของแข็งที่อุณหภูมิที่กำหนดได้ แบบฟอร์มบางอย่างและมิติเชิงเส้นบางอย่าง การเพิ่มขนาดเชิงเส้นของร่างกายเมื่อถูกความร้อนเรียกว่าการขยายตัวเชิงเส้นด้วยความร้อน

การวัดแสดงให้เห็นว่าวัตถุเดียวกันจะขยายตัวที่อุณหภูมิต่างกันในลักษณะที่แตกต่างกัน: ที่ อุณหภูมิสูงอา มักจะแข็งแกร่งกว่าอันที่ต่ำ แต่ความแตกต่างในการขยายตัวนี้มีขนาดเล็กมากจนมีความค่อนข้าง การเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆอุณหภูมิสามารถละเลยได้และสันนิษฐานได้ว่าการเปลี่ยนแปลงขนาดร่างกายเป็นสัดส่วนกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

การขยายตัวของปริมาตรของของแข็ง

ที่ การขยายตัวทางความร้อนของวัตถุที่เป็นของแข็ง เมื่อขนาดเชิงเส้นของวัตถุเพิ่มขึ้น ปริมาตรของวัตถุก็จะเพิ่มขึ้นด้วย คล้ายกับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นสำหรับคุณลักษณะ การขยายตัวตามปริมาตรคุณสามารถป้อนค่าสัมประสิทธิ์การขยายปริมาตรได้ ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่า เช่นเดียวกับในกรณีของการขยายตัวเชิงเส้น เป็นไปได้โดยไม่ต้องมี ความผิดพลาดครั้งใหญ่สมมติว่าการเพิ่มขึ้นของปริมาตรของร่างกายเป็นสัดส่วนกับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

เมื่อระบุปริมาตรของร่างกายที่ 0° C x V 0, ปริมาตรที่อุณหภูมิ t° x V t และสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรด้วย α เราพบว่า:

α = V เสื้อ – V 0: V 0 เสื้อ (1)

ที่ V 0 = 1 หน่วย ปริมาตรและ t = 1 o C ค่าของαเท่ากับ V t – V 0 เช่น ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรเป็นตัวเลขเท่ากับการเพิ่มขึ้นของปริมาตรของร่างกายเมื่อได้รับความร้อน 1 องศา ถ้าปริมาตรอยู่ที่ 0°C เท่ากับหนึ่งปริมาณ.

การใช้สูตร (1) เมื่อทราบปริมาตรของร่างกายที่อุณหภูมิ 0° C คุณสามารถคำนวณปริมาตรที่อุณหภูมิใดก็ได้ t°:

V เสื้อ = V 0 (1 + αt)

ให้เราสร้างความสัมพันธ์ระหว่างค่าสัมประสิทธิ์ของการขยายตัวเชิงปริมาตรและเชิงเส้น

กฎการอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงพลังงาน

ให้เราพิจารณาการทดลองจูลที่อธิบายไว้ข้างต้นโดยละเอียดเพิ่มเติม ในการทดลองนี้ พลังงานศักย์ของตุ้มน้ำหนักที่ตกลงมาถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ของใบพัดที่กำลังหมุน ขอบคุณที่ทำงานต่อต้านแรงเสียดทาน พลังงานจลน์สะบักกลายเป็น พลังงานภายในน้ำ. เรากำลังเผชิญกับกรณีของการเปลี่ยนแปลงพลังงานประเภทหนึ่งไปเป็นอีกประเภทหนึ่ง พลังงานศักย์ตุ้มน้ำหนักที่ตกลงมาจะถูกแปลงเป็นพลังงานภายในของน้ำ ปริมาณความร้อน Q ทำหน้าที่เป็นตัววัดพลังงานที่แปลงแล้ว ดังนั้นปริมาณพลังงานจะถูกอนุรักษ์ไว้เมื่อถูกแปลงเป็นพลังงานประเภทอื่น

เป็นเรื่องปกติที่จะถามคำถาม: ปริมาณพลังงานที่อนุรักษ์ไว้ระหว่างการแปลงพลังงานประเภทอื่น เช่น จลน์ พลังงานไฟฟ้า ฯลฯ หรือไม่? สมมติว่ากระสุนมวล m บินด้วยความเร็ว v พลังงานจลน์ของมันเท่ากับ mv 2 / 2 กระสุนโดนวัตถุและติดอยู่ในนั้น พลังงานจลน์ของกระสุนจะถูกแปลงเป็นพลังงานภายในของกระสุนและวัตถุ วัดจากปริมาณความร้อน Q ซึ่งคำนวณโดย สูตรที่รู้จักกันดี- หากพลังงานจลน์ไม่สูญหายเมื่อแปลงเป็นพลังงานภายใน ความเท่าเทียมกันจะต้องคงอยู่:

mv 2 / 2 = ถาม

โดยที่พลังงานจลน์และปริมาณความร้อนแสดงอยู่ในหน่วยเดียวกัน

ประสบการณ์ยืนยันข้อสรุปนี้ ปริมาณพลังงานจะถูกอนุรักษ์ไว้

ความร้อนเทียบเท่าทางกล

ใน ต้น XIXวี. เครื่องยนต์ไอน้ำถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมและการขนส่ง ในขณะเดียวกัน ก็มีการค้นหาโอกาสในการปรับปรุงประสิทธิภาพของพวกเขา ในเรื่องนี้ฟิสิกส์และเทคโนโลยีต้องเผชิญกับคำถามที่มีความสำคัญในทางปฏิบัติ: จะทำงานอย่างไรให้มากที่สุดในรถยนต์โดยใช้เชื้อเพลิงน้อยที่สุด

ขั้นตอนแรกในการแก้ปัญหานี้เกิดขึ้นโดยวิศวกรชาวฝรั่งเศส Sadi Carnot ในปี พ.ศ. 2367 โดยศึกษาคำถามเรื่องสัมประสิทธิ์ การกระทำที่เป็นประโยชน์เครื่องยนต์ไอน้ำ

ในปี พ.ศ. 2385 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน Robert Mayer ได้กำหนดในทางทฤษฎีว่าเท่าใด งานเครื่องกลสามารถรับได้โดยการใช้ความร้อนหนึ่งกิโลแคลอรี

เมเยอร์ใช้การคำนวณของเขาโดยพิจารณาจากความแตกต่างในความจุความร้อนของก๊าซ

ก๊าซมีความจุความร้อนได้ 2 แบบ คือ ความจุความร้อนที่ความดันคงที่ (c p) และความจุความร้อนที่ปริมาตรคงที่ (c v)

ความจุความร้อนของก๊าซที่ความดันคงที่วัดจากปริมาณความร้อนที่ไปทำให้มวลก๊าซที่กำหนดร้อนขึ้น 1 องศา โดยไม่เปลี่ยนความดัน

ความจุความร้อนที่ปริมาตรคงที่จะเท่ากับตัวเลขของปริมาณความร้อนที่ใช้ในการทำความร้อนให้กับมวลของก๊าซที่กำหนด 1 องศา โดยไม่เปลี่ยนปริมาตรที่ก๊าซครอบครอง

ขึ้นอยู่กับปริมาตรของร่างกายกับอุณหภูมิ

อนุภาคของวัตถุที่เป็นของแข็งจะมีตำแหน่งที่แน่นอนซึ่งสัมพันธ์กัน แต่ไม่ได้อยู่นิ่ง แต่จะแกว่งไปมา เมื่อร่างกายร้อนขึ้นก็จะเพิ่มขึ้น ความเร็วเฉลี่ยการเคลื่อนไหวของอนุภาค ในเวลาเดียวกันระยะห่างเฉลี่ยระหว่างอนุภาคจะเพิ่มขึ้นดังนั้นขนาดเชิงเส้นของร่างกายจึงเพิ่มขึ้นดังนั้นปริมาตรจึงเพิ่มขึ้นด้วย

เมื่อเย็นลง ขนาดเชิงเส้นของตัวเครื่องจะลดลงและปริมาตรจะลดลง

ดังที่ทราบกันดีว่าเมื่อถูกความร้อน ร่างกายจะขยายตัว และเมื่อเย็นลงก็จะหดตัว ได้มีการพูดคุยกันในด้านคุณภาพของปรากฏการณ์เหล่านี้แล้ว หลักสูตรเริ่มต้นฟิสิกส์.

ความสัมพันธ์ระหว่างความดัน อุณหภูมิ ปริมาตร และจำนวนโมลของก๊าซ (“มวล” ของก๊าซ) ค่าคงที่ก๊าซสากล (โมลาร์) สมการของ R. Clayperon-Mendeleev = สมการของสถานะ ก๊าซในอุดมคติ.

	ข้อจำกัดของการนำไปใช้จริง: ต่ำกว่า -100°C และสูงกว่าอุณหภูมิการแยกตัว/การสลายตัว สูงกว่า 90 บาร์ ลึกกว่า 99% ภายในช่วงดังกล่าว ความแม่นยำของสมการนั้นเกินกว่าเครื่องมือวัดทางวิศวกรรมสมัยใหม่ทั่วไป เป็นสิ่งสำคัญสำหรับวิศวกรที่จะต้องเข้าใจว่าก๊าซทุกชนิดจะเกิดการแตกตัวหรือสลายตัวอย่างมีนัยสำคัญเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น
ในเอสไอ R= 8.3144 J/(โมล*K)- นี่คือหลัก (แต่ไม่ใช่เท่านั้น) ระบบวิศวกรรมการวัดในสหพันธรัฐรัสเซียและประเทศในยุโรปส่วนใหญ่ ใน GHS R= 8.3144*10 7 erg/(mol*K) - นี่คืออันหลัก (แต่ไม่ใช่อันเดียว) ระบบวิทยาศาสตร์การวัดในโลก ม- มวลของก๊าซ (กก.) ม- มวลโมลของก๊าซ กิโลกรัม/โมล (ดังนั้น (m/M) คือจำนวนโมลของก๊าซ) ป- แรงดันแก๊สใน (Pa) ต- อุณหภูมิของก๊าซใน (°K) วี-ปริมาตรก๊าซเป็น m3

เราจะมาแก้ปัญหาสองสามข้อเกี่ยวกับปริมาตรก๊าซและอัตราการไหลของมวลภายใต้สมมติฐานที่ว่าองค์ประกอบของก๊าซไม่เปลี่ยนแปลง (ก๊าซไม่แยกตัวออกจากกัน) ซึ่งเป็นเรื่องจริงสำหรับก๊าซส่วนใหญ่ที่กล่าวไว้ข้างต้น

งานนี้ส่วนใหญ่มีความเกี่ยวข้อง แต่ไม่เพียงแต่สำหรับการใช้งานและอุปกรณ์ที่มีการวัดปริมาตรก๊าซโดยตรงเท่านั้น

วี 1และ วี 2ที่อุณหภูมิตามลำดับ ที 1และ ที 2และปล่อยให้ ที 1< ที 2- แล้วเราก็รู้ว่า:

โดยธรรมชาติแล้ว วี 1< วี 2

• ยิ่งอุณหภูมิต่ำลง ตัวชี้วัดของเครื่องวัดปริมาตรก๊าซก็จะยิ่งมีความสำคัญมากขึ้นเท่านั้น
• การจัดหาก๊าซ "อุ่น" ให้ผลกำไร
• การซื้อก๊าซ "เย็น" ทำกำไรได้

จะจัดการกับสิ่งนี้อย่างไร? อย่างน้อยที่สุดจำเป็นต้องมีการชดเชยอุณหภูมิอย่างง่าย กล่าวคือ ข้อมูลจากเซ็นเซอร์อุณหภูมิเพิ่มเติมจะต้องถูกส่งไปยังอุปกรณ์นับ

งานนี้เกี่ยวข้องเป็นหลัก แต่ไม่เพียงแต่สำหรับการใช้งานและอุปกรณ์ที่วัดความเร็วของก๊าซโดยตรงเท่านั้น

ให้ counter() ที่จุดส่งมอบระบุต้นทุนสะสมตามปริมาตร วี 1และ วี 2ที่ความกดดันตามลำดับ ป 1และ ป2และปล่อยให้ ป 1< ป2- แล้วเราก็รู้ว่า:

โดยธรรมชาติแล้ว วี 1>วี 2สำหรับก๊าซในปริมาณเท่ากันภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด ลองกำหนดข้อสรุปเชิงปฏิบัติหลายประการสำหรับกรณีนี้:

• ยิ่งความดันสูงเท่าใด ตัวชี้วัดของเครื่องวัดปริมาตรก๊าซก็จะยิ่งมีความสำคัญมากขึ้นเท่านั้น
• มันเป็นผลกำไรในการจัดหาก๊าซ ความดันต่ำ
• มีกำไรจากการซื้อก๊าซแรงดันสูง

จะจัดการกับสิ่งนี้อย่างไร? อย่างน้อยที่สุดจำเป็นต้องมีการชดเชยแรงดันอย่างง่าย กล่าวคือ ข้อมูลจากเซ็นเซอร์ความดันเพิ่มเติมจะต้องถูกส่งไปยังอุปกรณ์นับ

โดยสรุปผมอยากทราบว่าตามทฤษฎีแล้วมิเตอร์ก๊าซแต่ละเครื่องควรมีทั้งการชดเชยอุณหภูมิและการชดเชยแรงดัน ในทางปฏิบัติ......

หน้า 43

ในทางปฏิบัติบ่อยที่สุดจะใช้การพึ่งพาปริมาตรของของเหลว (ปรอทหรือแอลกอฮอล์) กับอุณหภูมิ

เมื่อปรับเทียบเทอร์โมมิเตอร์ โดยปกติจะใช้อุณหภูมิของน้ำแข็งที่กำลังละลายเป็นจุดอ้างอิง (0) จุดคงที่ที่สอง (100) ถือเป็นจุดเดือดของน้ำในภาวะปกติ ความดันบรรยากาศ(เซลเซียส).

เนื่องจากของเหลวที่แตกต่างกันจะขยายตัวแตกต่างกันเมื่อถูกความร้อน มาตราส่วนที่เกิดขึ้นจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของของเหลวที่เป็นปัญหาในระดับหนึ่ง

แน่นอนว่า 0 และ 100°C จะตรงกันสำหรับเทอร์โมมิเตอร์ทั้งหมด แต่ 50°C จะไม่ตรงกัน

ต่างจากของเหลว ก๊าซบริสุทธิ์ทั้งหมดจะขยายตัวเท่ากันเมื่อถูกความร้อน และเปลี่ยนความดันเท่ากันเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง ดังนั้นในวิชาฟิสิกส์ เพื่อสร้างมาตราส่วนอุณหภูมิที่สมเหตุสมผล พวกเขาใช้การเปลี่ยนแปลงในความดันของก๊าซทำให้บริสุทธิ์จำนวนหนึ่งที่ปริมาตรคงที่ หรือการเปลี่ยนแปลงในปริมาตรของก๊าซที่ความดันคงที่

มาตราส่วนนี้บางครั้งเรียกว่ามาตราส่วนอุณหภูมิก๊าซในอุดมคติ

ที่สมดุลความร้อน หมายถึง พลังงานจลน์เฉลี่ย การเคลื่อนไหวไปข้างหน้าโมเลกุลของก๊าซทุกชนิดจะเหมือนกัน ความดันเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่เชิงแปลของโมเลกุล: p = n

ในสมดุลความร้อน หากความดันของก๊าซที่มีมวลที่กำหนดและปริมาตรของก๊าซคงที่ พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลก๊าซจะต้องเข้มงวดอย่างเคร่งครัด ค่าเฉพาะรวมถึงอุณหภูมิด้วย

เพราะ ความเข้มข้นของโมเลกุลในปริมาตรของก๊าซ n = จากนั้น p = หรือ = .

ให้เราแสดง = Θ

ค่า Θ จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และไม่ได้ขึ้นอยู่กับสิ่งอื่นใดนอกจากอุณหภูมิ

อัตราส่วนผลคูณของความดันแก๊สและปริมาตรต่อจำนวนโมเลกุลที่อุณหภูมิเดียวกันจะเท่ากันสำหรับก๊าซบริสุทธิ์เกือบทั้งหมด (มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับก๊าซในอุดมคติ):

ที่แรงกดดันสูง อัตราส่วนจะหยุดชะงัก

อุณหภูมิที่กำหนดในลักษณะนี้เรียกว่าอุณหภูมิสัมบูรณ์

ตามสูตรจะมีการแนะนำระดับอุณหภูมิที่ไม่ขึ้นอยู่กับลักษณะของสารที่ใช้ในการวัดอุณหภูมิ

พารามิเตอร์มหภาคที่สำคัญที่สุดที่แสดงถึงสภาวะสมดุลที่อยู่นิ่งของร่างกายคืออุณหภูมิ

อุณหภูมิเป็นตัววัดพลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลที่ทำให้เกิดความสับสนวุ่นวาย ร่างกาย

ข้อพิสูจน์ที่สำคัญที่สุดต่อจากสมการ MKT พื้นฐานในรูปแบบ = และคำจำกัดความของอุณหภูมิในรูปแบบ = kT:

อุณหภูมิสัมบูรณ์เป็นการวัดพลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่ของโมเลกุล

พลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลในการแปลที่ไม่เป็นระเบียบนั้นแปรผันตามอุณหพลศาสตร์ (หรือ อุณหภูมิสัมบูรณ์):

นอต Þ = นอต Þ == นอต

ยิ่งอุณหภูมิสูงเท่าไร โมเลกุลก็จะเคลื่อนที่เร็วขึ้นเท่านั้น

k = 1.38*10-23 J/K – ค่าคงที่ของ Boltzmann

ค่าคงที่ของ Boltzmann คือค่าสัมประสิทธิ์ที่แปลงอุณหภูมิจาก การวัดระดับ(K) เป็นพลังงาน (J) และในทางกลับกัน

หน่วยอุณหภูมิอุณหพลศาสตร์ – K (เคลวิน)

พลังงานจลน์ไม่สามารถเป็นลบได้ ดังนั้นอุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์จึงไม่สามารถเป็นลบได้ มันจะกลายเป็นศูนย์เมื่อพลังงานจลน์ของโมเลกุลกลายเป็นศูนย์

ศูนย์สัมบูรณ์ (0K) คืออุณหภูมิที่ควรหยุดการเคลื่อนที่ของโมเลกุล

เราคำนวณเพื่อประมาณความเร็วของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลในก๊าซ จัตุรัสกลางความเร็ว:

ผลิตภัณฑ์ kNa = R = 8.31 J/(mol*K) เรียกว่าค่าคงที่ของก๊าซโมลาร์

ความเร็วรูตเฉลี่ยกำลังสองของโมเลกุล:

ความเร็วนี้มีค่าใกล้เคียงกับความเร็วเฉลี่ยและเป็นไปได้มากที่สุด และให้แนวคิดเกี่ยวกับความเร็วของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลในก๊าซในอุดมคติ

ที่อุณหภูมิเดียวกัน ความเร็วของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลก๊าซจะสูงขึ้น M ของก๊าซก็จะยิ่งต่ำลง (ที่ 0°C ความเร็วของโมเลกุลจะอยู่ที่หลายร้อย m/s)

ที่ความดันและอุณหภูมิเดียวกัน ความเข้มข้นของโมเลกุลของก๊าซทั้งหมดจะเท่ากัน:

KT Þ p = nkT โดยที่ n = N/V คือความเข้มข้นของโมเลกุลในปริมาตรที่กำหนด

นี่หมายถึงกฎของ Avogadro:

ก๊าซที่มีปริมาตรเท่ากันที่อุณหภูมิและความดันเท่ากันจะมีจำนวนโมเลกุลเท่ากัน

ระดับเซลเซียส – จุดอ้างอิง – อุณหภูมิละลายน้ำแข็ง 0°C, จุดเดือดของน้ำ – 100°C

สเกลเคลวิน - จุดอ้างอิง – เป็นศูนย์สัมบูรณ์– 0oK (-273.15oC)

tоК = tоС -273

ระดับฟาเรนไฮต์ - จุดอ้างอิง - อุณหภูมิต่ำสุดที่ฟาเรนไฮต์สามารถได้รับจากส่วนผสมของน้ำ น้ำแข็ง และ เกลือทะเล– 0оF จุดอ้างอิงด้านบน – อุณหภูมิร่างกายมนุษย์ - 96 оF

ระบุ

สมการคลิปเปอร์รอน-เมนเดลีฟ (เกรด 10 หน้า 248-251)

(สมการก๊าซในอุดมคติของสถานะ)

สมการพื้นฐานของทฤษฎีจลน์ศาสตร์โมเลกุลของก๊าซในอุดมคติ (เกรด 10 หน้า 247-248)

การเปลี่ยนจากพารามิเตอร์ก๊าซด้วยกล้องจุลทรรศน์ไปเป็นพารามิเตอร์ที่มองเห็นด้วยตาเปล่า

ค่าคงที่ของ Loschmidt - ความหมายและหน่วยวัด

ระยะห่างเฉลี่ยระหว่างอนุภาคก๊าซในอุดมคติ

สมการสถานะของก๊าซในอุดมคติ - เคลย์เปรอน-เมนเดเลเยฟ

ค่าคงที่ก๊าซสากล

ความหมายทางกายภาพของสมการเคลย์เปรอน-เมนเดเลเยฟ

p = n - สมการพื้นฐานของก๊าซอุดมคติ MKT

ไปที่หน้า: 43

กฎหมายก๊าซในอุดมคติ

การทดลอง:

พารามิเตอร์หลักของก๊าซคืออุณหภูมิ ความดัน และปริมาตร ปริมาตรของก๊าซขึ้นอยู่กับความดันและอุณหภูมิของก๊าซเป็นอย่างมาก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องค้นหาความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตร ความดัน และอุณหภูมิของก๊าซ อัตราส่วนนี้เรียกว่า สมการของรัฐ

จากการทดลองค้นพบว่าสำหรับปริมาณก๊าซที่กำหนด ความสัมพันธ์ต่อไปนี้มีค่าประมาณที่ดี: ที่อุณหภูมิคงที่ปริมาตรของก๊าซจะแปรผกผันกับความดันที่ใช้ (รูปที่ 1):

V~1/P ที่ T=const

ตัวอย่างเช่น ถ้าความดันที่กระทำต่อแก๊สเพิ่มขึ้นสองเท่า ปริมาตรจะลดลงเหลือครึ่งหนึ่งของปริมาตรเดิม ความสัมพันธ์นี้เรียกว่า กฎของบอยล์ (1627-1691) - มาริออต (1620-1684)สามารถเขียนได้ดังนี้:

ซึ่งหมายความว่าเมื่อปริมาณหนึ่งเปลี่ยนแปลง อีกปริมาณหนึ่งก็จะเปลี่ยนไปด้วย และในลักษณะที่ผลิตภัณฑ์ของปริมาณนั้นคงที่

J. Gay-Lussac ค้นพบการพึ่งพาปริมาตรกับอุณหภูมิ (รูปที่ 2) เขาค้นพบสิ่งนั้น ที่ความดันคงที่ ปริมาตรของก๊าซที่กำหนดจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิ:

V~T ที่ Р =const

กราฟของการพึ่งพาอาศัยกันนี้ผ่านจุดกำเนิดของพิกัดและดังนั้นที่ 0K ปริมาตรของมันจะกลายเป็นศูนย์ซึ่งเห็นได้ชัดว่าไม่มี ความหมายทางกายภาพ- สิ่งนี้นำไปสู่การสันนิษฐานว่า -273 0 C อุณหภูมิต่ำสุดที่สามารถบรรลุได้

กฎของแก๊สข้อที่สาม เรียกว่า กฎของชาร์ลส์ตั้งชื่อตาม Jacques Charles (1746-1823) กฎหมายนี้ระบุว่า: ที่ปริมาตรคงที่ แรงดันแก๊สจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ (รูปที่ 3):

P ~T ที่ V=const

ดี ตัวอย่างที่มีชื่อเสียงผลของกฎหมายฉบับนี้คือกระป๋องสเปรย์ที่ระเบิดเมื่อเกิดเพลิงไหม้ สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากอุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วที่ปริมาตรคงที่

กฎทั้งสามข้อนี้เป็นการทดลองและทำงานได้ดี ก๊าซจริงเพียงแต่ตราบใดที่ความดันและความหนาแน่นไม่สูงมาก และอุณหภูมิไม่ใกล้เคียงกับอุณหภูมิการควบแน่นของก๊าซมากเกินไป ดังนั้น คำว่า "กฎ" จึงไม่เหมาะสมกับคุณสมบัติเหล่านี้ของก๊าซมากนัก แต่เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไป .

กฎหมายเกี่ยวกับแก๊สบอยล์-มาริออต ชาร์ลส์ และเกย์-ลุสซักสามารถนำมารวมกันเป็นความสัมพันธ์ทั่วไปอีกอย่างหนึ่งระหว่างปริมาตร ความดัน และอุณหภูมิ ซึ่งใช้ได้กับก๊าซจำนวนหนึ่ง:

นี่แสดงให้เห็นว่าเมื่อปริมาณ P, V หรือ T การเปลี่ยนแปลง ปริมาณอีกสองปริมาณก็จะเปลี่ยนไปเช่นกัน นิพจน์นี้จะกลายเป็นกฎทั้งสามข้อนี้เมื่อค่าหนึ่งมีค่าคงที่

ตอนนี้เราควรคำนึงถึงปริมาณอีกหนึ่งปริมาณซึ่งจนถึงขณะนี้เราถือว่าคงที่ - ปริมาณของก๊าซนี้ ได้รับการยืนยันจากการทดลองแล้วว่า: ที่อุณหภูมิและความดันคงที่ ปริมาตรปิดของก๊าซจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนโดยตรงกับมวลของก๊าซนี้:

การพึ่งพาอาศัยกันนี้เชื่อมโยงปริมาณก๊าซหลักทั้งหมด ถ้าเราใส่สัมประสิทธิ์สัดส่วนเข้าไปในสัดส่วนนี้ เราจะได้ความเท่าเทียมกัน อย่างไรก็ตาม การทดลองแสดงให้เห็นว่าสัมประสิทธิ์นี้แตกต่างกันในก๊าซต่างๆ ดังนั้น แทนที่จะเป็นมวล m จึงต้องใส่ปริมาณของสาร n (จำนวนโมล)

เป็นผลให้เราได้รับ:

โดยที่ n คือจำนวนโมล และ R คือสัมประสิทธิ์สัดส่วน เรียกว่าปริมาณ R ค่าคงที่ก๊าซสากลจนถึงปัจจุบัน ค่าที่แม่นยำที่สุดของค่านี้คือ:

R=8.31441 ± 0.00026 จูล/โมล

เรียกว่าความเท่าเทียมกัน (1) สมการสถานะของก๊าซในอุดมคติหรือกฎของก๊าซในอุดมคติ

หมายเลขของ Avogadro; กฎของแก๊สในอุดมคติ ระดับโมเลกุล:

การที่ค่าคงที่ R มีค่าเท่ากันสำหรับก๊าซทุกชนิด ถือเป็นภาพสะท้อนอันงดงามของความเรียบง่ายของธรรมชาติ สิ่งนี้เกิดขึ้นเป็นครั้งแรก แม้ว่าจะอยู่ในรูปแบบที่แตกต่างกันเล็กน้อย โดย Amedeo Avogadro ชาวอิตาลี (1776-1856) เขาได้ทดลองสร้างมันขึ้นมา ปริมาตรของก๊าซที่ความดันและอุณหภูมิเท่ากันจะมีปริมาตรเท่ากัน หมายเลขเดียวกันโมเลกุลประการแรก จากสมการ (1) จะเห็นได้ว่าถ้ามีก๊าซต่างกัน จำนวนเท่ากันโมลมีความดันและอุณหภูมิเท่ากัน ดังนั้น หาก R คงที่ จะมีปริมาตรเท่ากัน ประการที่สอง: จำนวนโมเลกุลในหนึ่งโมลจะเท่ากันสำหรับก๊าซทุกชนิด ซึ่งตามมาจากคำจำกัดความของโมลโดยตรง ดังนั้นเราจึงสามารถพูดได้ว่าค่า R คงที่สำหรับก๊าซทั้งหมด

เรียกว่าจำนวนโมเลกุลในหนึ่งโมล เบอร์อาโวกาโดรเอ็น เอ. ขณะนี้เป็นที่ยอมรับแล้วว่าจำนวนของ Avogadro เท่ากับ:

ยังไม่มีข้อความ =(6.022045 ± 0.000031) 10 -23 โมล -1

เนื่องจาก จำนวนทั้งหมดโมเลกุล N ของก๊าซเท่ากับจำนวนโมเลกุลในหนึ่งโมลคูณด้วยจำนวนโมล (N = nN A) กฎของก๊าซในอุดมคติสามารถเขียนใหม่ได้ดังนี้:

โดยที่ k เรียกว่า ค่าคงที่ของโบลทซ์มันน์และมีค่าเท่ากัน:

k= R/N A =(1.380662 ± 0.000044) 10 -23 J/K

ไดเรกทอรีของอุปกรณ์คอมเพรสเซอร์

การเปลี่ยนแปลงปริมาตรตามอุณหภูมิในรูป รูปที่ 49 แสดงการพึ่งพาปริมาตรโมลาร์ของน้ำและน้ำแข็งบน T (Eisenberg และ Kozman, 1969) ดังที่เห็นได้ว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ปริมาตรของสารประกอบทั้งสองจะเปลี่ยนแปลงต่างกัน ความแตกต่างสูงสุดของปริมาตรสังเกตได้ที่ปริมาตรมากกว่าปริมาตรที่ At ความแตกต่างนี้ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรต่ออุณหภูมิสำหรับ

เกือบจะเหมือนกันโดยเริ่มจากอุณหภูมิ

ในความคิดของเรา การลดลงของปริมาตรน้ำในระหว่างการละลายของน้ำแข็ง I นั้นเกิดจากการที่การกระตุ้นการสั่นสะเทือนของโปรตอนข้ามเส้น พันธะไฮโดรเจนเมื่อหลอมละลายจะนำไปสู่การเพิ่มความสามารถในการเปลี่ยนรูปของทั้งโมเลกุลเองและระบบพันธะไฮโดรเจนทั้งหมด

ข้าว. 49 การขึ้นต่อกันของปริมาตรโมลของน้ำและน้ำแข็งและการขึ้นต่อกันของของเหลว

ความแตกต่างของการเปลี่ยนแปลงปริมาตรด้วย T ถูกกำหนดโดยการขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของแอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนของอะตอมของอะตอม ในน้ำแข็ง I อัตราส่วนของแอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนของอะตอมต่ออัตราส่วนของปริมาตรระหว่างการหลอมละลายมีค่าใกล้เคียงกัน

เพื่อศึกษาการขึ้นต่อกันของอุณหภูมิขององค์ประกอบ "ผิดปกติ" ของปริมาตรน้ำ เราจะแยกสัดส่วนของปริมาตรน้ำที่กำหนดโดยความสามารถในการเปลี่ยนรูปของโมเลกุล ออกจากการพึ่งพาทั่วไปของปริมาตรน้ำกับอุณหภูมิ ในการทำเช่นนี้ให้เราสมมติว่าในบริเวณนั้นน้ำมีพฤติกรรมเหมือนของเหลวธรรมดาด้วย ค่าสัมประสิทธิ์คงที่การขยายตัวตามปริมาตร

ซึ่งเราประมาณโดยการประมาณค่าการทดลองของ a ไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิสูง นอกจากองค์ประกอบคงที่ a แล้ว ยังมีองค์ประกอบอื่นในน้ำอีกด้วย 50 แสดงทั้งสององค์ประกอบ ดังที่เห็นได้ สำหรับน้ำ นอกเหนือจากคุณลักษณะส่วนประกอบที่ไม่ขึ้นกับอุณหภูมิคงที่ของของเหลวปกติแล้ว ยังมีองค์ประกอบเชิงลบของสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรอีกด้วย ในช่วงอุณหภูมิ ปริมาตรจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเกือบเป็นเส้นตรงและสามารถเขียนได้ในรูปแบบ เราจะถือว่าการขึ้นต่อกันของการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรกับอุณหภูมิจะเป็นตัวกำหนดองค์ประกอบปกติ

ปริมาณน้ำลดลงพร้อมกับอุณหภูมิที่ลดลงสำหรับทุกอุณหภูมิ สถานะของเหลว- ความแตกต่างระหว่างค่าปริมาตรทดลองและค่าแสดงถึงองค์ประกอบที่ผิดปกติของการขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของปริมาตรโมเลกุลของน้ำ สำหรับ การพึ่งพาการทดลองซึ่งลดการมีส่วนร่วมในปริมาตรโมเลกุลด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ซึ่งกำหนดการพึ่งพาที่ผิดปกติ สำหรับ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของปริมาตรจะเป็นลบทุกที่และลดลง (ในค่าสัมบูรณ์) เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ดังนั้น เส้นโค้งการทดลองของการเปลี่ยนแปลงปริมาตรกับอุณหภูมิของน้ำของเหลวสามารถแสดงได้ในเชิงคุณภาพด้วยผลรวมขององค์ประกอบทั้งสอง

ในช่วงอุณหภูมิ

ข้าว. 50 การพึ่งพาสององค์ประกอบของสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรของน้ำกับอุณหภูมิ

ความสามารถในการอัดไอโซเทอร์มอลและอะเดียแบติกความสามารถในการอัดตัวของน้ำที่อุณหภูมิคงที่นั้นสูงกว่าความสามารถในการอัดตัวของอุณหภูมิคงที่ของน้ำแข็งถึงสี่เท่า การขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของการอัดตัวด้วยความร้อนของน้ำแข็งและน้ำจะแสดงไว้ในรูปที่ 1 51 อ้างอิงจากข้อมูลจาก Kell (1967) ดังที่เห็นได้ว่าความสามารถในการอัดจะประสบกับการเปลี่ยนแปลงสูงสุดในช่วงอุณหภูมิที่นำเสนอในระหว่างการหลอมเหลว