مقدمه :
هر چند که شناختن گرما به عنوان یکی از اشکال انرژی پیامد
آزمایشهایی روی مایعات و جامدات انجام گرفته اما این مطالعه خواص گرمایی گازه است که به روشن ترین شکل روابط گرمایی حرکت مولکولی و کار دینامیکی را نشان میدهد دراین فصل توجه خود را عمدتا به مدلی ایده ال از گازهای حقیقی معطوف می کنیم گاز کامل شامل تعداد زیادی از ذرات یکسان و بینهایت کوچک است که کنش متقابل آنها بر هم محدود به برخوردهایی کشسان است که گاه گاهی و بنیادی معطوف کنیم و خود را درگیر جزئیات دشوار که اساسی هم نیستند .این فصل به سه بخش اصلی تقسیم می شود . ابتدا شواهد تجربی مربوط به رابطه بین فشار حجم ودمای گازهای کامل را مرور می کنیم با استفاده از این دادهها و معادلات حالات گاز کامل را بدست می اوریم سپس همین معادله رابا استفاده از چند فرض معقول فیزیکی درباره ماهیت میکروسکپی گاز بدست می آوریم بررسی خواص دینا میکی مولکول ها و اعمال قوانین نیوتن به رابطه بین فشار حجم و انرژی جنبشی متوسط انتقال و مولکول منجر می شود سرانجام این دو رهیاف در قالب یک نظریه هماهنگ ادغام می کنیم.
کمیتهای مولی:
غالبا راهترین کار این بود که معادلات ربط دهنده متغیر های گوناگون فیزیکی را بر حسب جرم طول یاحجم واحد یا جرم واحد P بیان می کنیم در معادله برنولی چگالی را به شکل نیروی G حجم ظاهر می شود ثا بت گرانشی بین جرمهای واحد که به فاصله واحد طول از یکدیگر تعریف کردیم برای مقا صد فعلی ما مناسبترین مقیاس واحد جرم نیست بلکه واحدی است که بر مبنای تعدادی ثابت از ذرات یا تعداد مو لکولها بر گرم مول استوار است یک گرم مول یا صرفامول بنابر تغریف عبارت است از مقداری ماده که جرم آن بر حسب گرم با وزن مولکولی تشکیل دهنده اش برابر باشد واحد یعنی کیلو گرم مول عبارت است از مقداری از ماده SI که جرم آن بر حسب کیلو گرم با وزن مولکولی تشکیل دهنده اش برابر باشد وزن مولکولی در واقع عنوانی نا درست است زیرا واقعا وزن نیست .وزن مولکولی نسبت جرم مولکول به یک دوازدهم جرم اتمی کربنی است ه هسته آن فراوانتر ایزوتوپ باشد. این که وزن مولکولی را نسبت جرم مولکولی به جرم اتم هیدروژن بگیریم از دقتی برخوردار است که فعلا برای ما کافی است جرم مولکولی یک مولکول تک اتمی همان جرم مولکولی چند اتمی جرم مولکولی عبارت است از مجموع جرم اتمی.
معادله حالات گاز کامل:
تعداد مولکولهای گاز 1ATM حتی در حجم نسبتا کوچک است روشن است که محاسبه دقیق رفتار 19^10*7/2 دینامیکی تمام ذرات گاز بی ثمر می باشد خوشبختانه خواص کپه ای یک دسته بزرگ از ذرات را می توان بدون دانستن جزئیات رفتار تک تک به دست أورد این خواص مثلا فشار حجم ودما را توابع حالت سیستم ورابطه بین آنهارا معادله حالت می نامند. ازمایشهای رابرت بویل از نخستین ازمایشهای دقیقی بود که درباره رفتار گازها انجام شد .او کوچکترین پسر ارل کرک بود واستطاعت مالی کافی داشت چنان گه می توانست به عنوان سرگرمی جانبی به دنبال کنجکاوی علمی برود بول یک سلسله اندازه گیری درباره فنریت هوا انجام داد و پی برد که یک فرمول ریاضی ساده میتواند رابطه رابطه بین فشار و حجم مقداری ثابت از هوا در دمایی ثابت را بیان کند. این رابطه که امروز ان را قانون بویل می دانند عبارت از:
PW= مقدار ثابت
P*(NV)=PV=N مقدار ثابت *
N هوا را اشغال میکند1MOL حجم مولی یعنیV که فشاری است که گاز بر جدار ظرف وارد Pتعداد موله هوا فضایی دو 2MOLبنابر معادله در دما وفشار یکسان هوا را اشغال می کند همه گازها چگالیشان1MOL برابر هر چند باشد بین درجه هایی یکسان از گرما به یک اندازه انبساط می یابند. در مورد گازهای دائمی افزایش حجم بین مای ذوب یخ برابر با حجم اولیه برای دما سنج گراد ست.
نظریه جنبشی:
مولکولی از یک گاز کامل را در حالت تعادل گرمایی با جدارهای ظرفی به حجم V در نظر می گیریم گاه ممکن است ذره ای به طور کشسان با ذره دیگر برخورد کند چنانکه انرژی و اندازه حرکت این دو ذره با پایستگی انرژی و اندازه حرکت کل تغییر کند می توان نشان داد که در برخوردیک ذره سریع به ذره ای کند محتملترین نتیجه ان است که ذره سریع انرژی از دست بدهد و ذره انرژی کسب کند به این ترتیب برخورد های بین مولکولی گرایشدارند سیستم را به ارایشی تعادلی برساند که در ان ذرات گاز انرژی جنبشی وسرعت قابل مقایسه ای کسب و ان را حفظ کند اما معنی این امر ان است که سرعت همه ذرات یکسان است اصلا این طور نیست بنابر عبارت بالا سرعت متوسطی وجود دارد که سرعت ذرات در اطراف ان توزیع شده است با استفاده از روشهای پیچیده می توان توزیع سرعتها را در مجموعه ای بزرگ از ذرات استنتاج کرد.
جیمز کلرک ما کسول ولودویگ بولتسمان نخستین کسانی بودند که چنین محاسبه ای را انجام دادند .از انجا که در یک ظرف یکسان جریان خالصی از گاز وجود ندارد جمع برداری اندازه حرکت تمام ذرات باید صفر باشد سرعت خالص نیز باید صفر باشد یعنی به طور متوسط تعداد ذراتی که به سمت چپ می روند برابر با همان تعدادی است که به راست می روند و تعداد ذراتی که به بالا می روند نیز با آنهایی که پایین می ایند برابر است سادهترین فزض این است که که ذره به طور کشسان وامی جهد مانند یکتوپ پینگ پنگ . فرض کنید ذره ای به جداره برخورد کند و به آن بچسبد این ذره به عبارت سا کن شدن انرژی جنبش خود را به جداره می دهد و اگر این فرایند برای مدتی در مورد ذرات زیادی زیادی ادامه یابد انرژی قابل ملاحظه به جدار منتقل می شود این انتقال انرژی نشان میدهد که
ظرف و گاز داخل ان در حالت تعادل گرمایی نیستند که ناقض فرض اولیه استاتفاقی که در مورد گازهای کامل می افتد ان است که مولکول ممکن است به مدتی کوتاه به جداره بچسبد اما پس از ان جداره انرژی کسب کند و به داخل ظرف باز می گردد به طور متوسط انرژی واندازه ی حرکتی که مولکولها طی چسبیدن به جداره از دست می دهد در بازگشت به داخل ظرف به انها پس داده می شود. پس این فرض که همه برخوردها کشسانند هر چند غیر واقعی است تا جایی که تاکید اصلی بر خواص متوسط نه بر رفتار فردی تک تک مولکولهای گاز است اما راه به بی راهه نمی کشاند . برای ساده کردن محاسبات فرض می L کنیم که گاز کامل داخل جعبه ای مکعبی به طول ذره معطوف N است توجه خود را به یکی از L^3 و حجم به V1 ,V1 , V1 بامولفهای V1 میکنیم که با سرعت میرود لحظه ای را که ذره به دیواره برخورد میکند X=Lطرف مینامیم .
T=0
ظرفیت گازهای گرمایی:
گازها نیز مانند مایعات و جامداتظرفیت ویژه ای دارند اما ظرفیت گرمایی گازها بر خلاف مایعات وجامدات قویا به شرطی بستگی دارند که اندازه گیری در انها صورت می گیرد یک مولکول گاز در حجمی استوانه ای محدود است که پیستونی متحرک کاملا به قالب ان داخلش قرار گرفته است یا می توان پیستون را در نقطه ای ثابت کرد و حجم را ثابت نگه داشت یا فشاری ثابت بر سطح پیستون وارد اورد برابر شود در هر حالت می دانیم که در تعادل گرمای :
PV=RT
گازهای تک اتمی:
اگرگاز تک اتمی باشد ان گاه V=3 وکل انرژی مولکولی سیستم فقط ناشی از انرژی جنبشی انتقال تک تک اتم هاست بنا براین انرژی داخلی گاز صرفا عبارت است از:
(گازهای تک اتمی)برمول U=3/2 RT
فرض کنید که به یک مول گاز تک اتمی مقداری گرما مثلاQCAL بدهیم انرژیQ که به شکل گرما به گاز دادهایم می توانند دو اثر داشته باشند یکی این که می توان گاز را به انجام کار مکانیکی وا دارد مثلا بیستون را در مقابل نیروی خارجی به بیرون ببارد و یا می تواند انرژی داخلی گاز Uرا افزایش یافت که به این ترتیب به شکل افزایش دما ظاهر می شود یا ممکن است که گاز هم کار مکانیکی انجام دهد هم دمایش تغییر کند . در نقطه ای ثابت گاز نمی تواند کار مکانیکی انجام دهد .
1\66 1\00 3\00 4\98 HE
1\64 0\98 3\03 4\97 NE
1\67 1\00 3\01 5\00 AR
1\68 1\02 2\96 4\97 KR
1\66 1\00 3\00 4\97 XE
1\41 1\00 4\90 6\89 H2
1\40 1\00 4\97 6\96 N2
1\40 1\00 5\03 7\02 O2
1\40 1\00 4\96 6\95 CO
1 \40 1\00 5\00 6\95 NO
1\30 1\03 6\70 8\74 CO2
1\30 1\03 6\78 8\82 N2O
1\31 1\01 6\47 8\48 CH2
1\32 1\05 6\55 8\64 H2S
1\26 1\03 7\92 9\97 C2H2
1\22 1\05 9\51 11\60 C2H6
به ترتیب: گازهای تک اتمی گازهای دو اتمی گازهای سه اتمی گازهای چنداتمی
((بنام افریدگار یکتا))
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 17 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله قانون گازهای کامل ونظریه جنبشی
