Давление газа основное уравнение мкт конспект

Давление газа основное уравнение мкт конспект

Идеальный газ — это просто!

Идеальный газ

Идеальный газ — это физическая модель газа, взаимодействие между молекулами которого пренебрежительно мало.
Понятие «идеальный газ» вводится для математического описания поведения газов.
Реальные разреженные газы ведут себя как идеальный газ!

Свойства идеального газа:
— взаимодействие между молекулами пренебрежительно мало
— расстояние между молекулами много больше размеров молекул
— молекулы — это упругие шары
— отталкивание молекул возможно только при соударении
— движение молекул — по законам Ньютона
— давление газа на стенки сосуда — за счет ударов молекул газа

Скорость молекул газа

В теории газов скорость молекул принято определять через среднее значение квадрата скорости молекул.
Хотя скорости различных молекул сильно отличаются друг от друга, но среднее значение квадрата скорости молекул есть величина постоянная.

Формула для расчета среднего значения квадрата скорости молекул газа:

где
n — число молекул в газе
v — модули скоростей отдельных молекул в газе

В теории газов часто используется понятие кинетической энергии молекул.
Используя среднее значение квадрата скорости молекул, получаем формулу для определения средней кинетической энергии молекул:

Основное уравнение МКТ газа

Основное уравнение МКТ связывает микропараметры частиц (массу молекулы, среднюю кинетическую энергию молекул, средний квадрат скорости молекул) с макропараметрами газа (р — давление, V — объем, Т — температура).

Давление газа на стенки сосуда пропорционально произведению концентрации молекул на среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекулы.

Ниже приведены различные выражения для основного уравнения МКТ:

где
р — давление газа на стенки сосуда(Па)
n — концентрация молекул, т.е. число молекул в единице объема ( 1/м 3 )
— масса молекулы (кг)
— средний квадрат скорости молекул (м 2 /с 2 )
ρ — плотность газа (кг/м 3 )
— средняя кинетическая энергия молекул (Дж)

Давление идеального газа на стенки сосуда зависит от концентрации молекул и пропорционально средней кинетической энергии молекул.

Дополнительные расчетные формулы по теме

Формула для расчета концентрации молекул:

где
N — число молекул газа
V — объем газа (м 3 )

Формула для расчета плотности газа:

где
m_o — масса молекулы (кг)
n — концентрация молекул (1/м 3 )

Молекулярная физика. Термодинамика — Класс!ная физика

Физика. 10 класс

Конспект урока

Физика, 10 класс

Урок 18. Основное уравнение МКТ

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) средняя кинетическая энергия молекулы;

2) давление газа;

3) основное уравнение МКТ;

Глоссарий по теме:

Давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул и средней кинетической энергии поступательного движения молекул.

Средняя кинетическая энергия молекул – усреднённая величина, равная половине произведения массы молекулы на среднюю величину квадрата её скорости.

Концентрация – число молекул в единице объёма.

Масса молекулы (или атома) – чрезвычайно маленькая величина в макроскопических масштабах (граммах и килограммах), вычисляется через отношение массы вещества к количеству содержащихся в ней молекул (или атомов).

Изменение импульса тела – произведение силы на время действия силы. Импульс силы всегда показывает, как изменяется импульс тела за данное время.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. С. 188 – 192.
2. Кирик Л.А., Генденштейн Л.Э., Гельфгат И.М.. Задачи по физике. 10-11 классы для профильной школы. – М.: Илекса, 2010. С. 111.
3. Рымкевич А.П. Физика. Задачник. 10-11 классы. – М.: Дрофа, 2013. С. 65 – 67.

Открытые электронные ресурсы по теме урока:

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Основная задача молекулярно-кинетической теории газа заключается в том, чтобы установить соотношение между давлением газа и его микроскопическими параметрами — массой молекул, их средней скоростью и концентрацией. Это соотношение называется основным уравнением молекулярно-кинетической теории газа.

Давление газа на стенку сосуда обусловлено ударами молекул, давление газа пропорционально концентрации молекул: чем больше молекул в единице объема, тем больше ударов молекул о стенку за единицу времени. Каждая молекула при ударе о стенку передает ей импульс, пропорциональный импульсу молекулы m₀v.

Давление пропорционально второй степени скорости, так как, чем больше скорость молекулы, тем чаще она бьется о стенку сосуда. Расчеты показывают, что основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа имеет вид:

, где m₀ — масса одной молекулы газа,

n— концентрация молекул,

— среднее значение квадрата скорости молекул.

Коэффициент обусловлен трёхмерностью пространства — во время хаотического движения молекул все три направления равноправны.

Средняя кинетическая энергия поступательного движения

тогда уравнение примет вид:

Давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул на среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекулы.

Примеры и разбор решения заданий.

1. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго:

А)

2) средняя кинетическая энергия молекул

Б)

3) давление газа на стенку сосуда

В)

4) концентрация молекул

Г)

Правильный ответ: вспомнив формулы величин, устанавливаем соответствие:

В)

2) средняя кинетическая энергия молекул

А)

3) давление газа на стенку сосуда

Г)

4) концентрация молекул

Б)

2. Кислород находится при нормальных условиях. Средняя квадратичная скорость молекул кислорода в этом случае равна ___ м/с.

Конспект урока физики на тему: Основное уравнение МКТ газа

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Тема: Основное уравнение МКТ газа

Организационный момент урока.

Проверка домашнего задания ( на перемене ,1 ученик записывает на доске решение домашней задачи )

Чему равно число молекул в 10 г кислорода?

m=10 г =10·10 -3 кг N=N _a ·m/M= 6,02·10 23 ·10 -4 /32·10 -3 =1,8·10 23

N=?
Ответ: 1,8·10 23

3. Постановка цели урока.
Мы с вами продолжаем изучение основ молекулярно- кинетической теории. На предыдущем уроке мы рассмотрели основные положения МКТ , научились определять размеры и массу молекул. Сегодня на уроке необходимо на основе МКТ установить количественную зависимость давления газа от массы одной молекулы и среднего квадрата скорости ее движения. Поэтому тема урока :«Идеальный газ. Основное уравнение МКТ.»

4. Актуализация знаний.
А) 5 человек по карточкам решают задачи
Карточки
Вариант №1.

1.Сколько молекул содержится в 1 г углекислого газа?

2.Определите молярную массу и массу одной молекулы кислорода?
Вариант №2.

1.Определите молярную массу и массу одной молекулы поваренной соли?

2.Сколько молекул содержится в 1 кг водорода?
Вариант №3.

1.Определите молярную массу и массу одной молекулы угарного газа?

2.Какую массу имеет 3·10 23 атомов ртути?

1.Определить молярную массу и массу одной молекулы медного купороса?

2.Сколько атомов содержится в 216 г серебра?
Вариант № 5.

1.Определите молярную массу и массу одной молекулы соляной кислоты?

2. Какова масса 1,5·10 23 атомов урана?

Б) Фронтальный опрос.
ВОПРОСЫ:

Что такое молекулярно-кинетическая теория? Сформулируйте ее основные положения.

Какие наблюдения и эксперименты подтверждают основные положения молекулярно-кинетической теории?

Что называют броуновским движением? Каковы его особенности?

О чем свидетельствует броуновское движение?

Что называют диффузией? Приведите примеры диффузии в газах, жидкостях и твердых телах.

От чего зависит скорость диффузии? О чем свидетельствует явление диффузии?

Что называют эффективным диаметром молекулы? Каков порядок величин диаметра и массы молекул?

Что называют относительной молекулярной (атомной) массой вещества? Какая формула выражает смысл этого понятия? Как определяют относительную молекулярную массу вещества, в состав которого входят различные элементы?

Что называют количеством вещества? Какая формула выражает смысл этого понятия? Какова единица количества вещества? Сформулируйте определение этой единицы.

Что называют постоянной Авогадро? Чему она равна?

Что такое молярная масса вещества? Какая формула выражает связь молярной массы вещества с числом Авогадро? Какова единица молярной массы?

Чему равна атомная единица массы?

Получите формулу, устанавливающую связь между молярной массой и относительной молекулярной массой вещества.

Какая формула выражает связь между количеством вещества, его массой и молярной массой?

По какой формуле определяют число молекул в произвольном количестве вещества?

Какими свойствами обладают силы молекулярного взаимодействия?

Каков характер зависимости молекулярных сил притяжения и отталкивания от расстояния между молекулами?

Перечислите агрегатные состояния вещества. Напишите соотношения между кинетической и потенциальной энергиями для газообразного, жидкого и твердого состояний веществ.

Опишите характер движения молекул в газах. Что называют длиной свободного пробега молекул? От чего она зависит?

Опишите характер движения молекул в жидкостях. Что называют ближним порядком?

5.Изучение нового материала.

1. Макроскопические параметры. Идеальный газ.

Состояние газа (так же как жидкости и твердого тела) может быть описано и без рассмотрения молекулярного строения вещества. Это делают с помощью макроскопических величин, совокупность которых однозначно определяет состояние системы. Такие величины называют параметрами состояния (или термодинамическими параметрами). Параметрами состояния любой системы являются ее объем, давление и температура. Если в каком-либо процессе изменяется хотя бы один из параметров состояния системы, то и само состояние системы становится другим.

Величины, характеризующие состояние макроскопических тел без учета их внутреннего строения называются макроскопическими параметрами.
Идеальный газ – это модель реального газа, которая обладает следующими свойствами:

Молекулы пренебрежимо малы по сравнению со средним расстоянием между ними.

Молекулы ведут себя подобно маленьким твердым шарикам: они упруго сталкиваются между собой и со стенками сосуда, никаких других взаимодействий между ними нет.

Молекулы находятся в непрекращающемся хаотическом движении.

Все газы при не слишком высоких давлениях и при не слишком низких температурах близки по своим свойствам к идеальному газу. При высоких давлениях молекулы газа настолько сближаются, что пренебрегать их собственными размерами нельзя. При понижении температуры кинетическая энергия молекул уменьшается и становится сравнимой с их потенциальной энергией, следовательно, при низких температурах пренебрегать потенциальной энергией нельзя.

При высоких давлениях и низких температурах газ не может считаться идеальным. Такой газ называют реальным. (Поведение реального газа описывается законами, отличающимися от законов идеального газа.)

2. Давление газа. Основное уравнение МКТ газа.

Давление газа определяется столкновением молекул газа со стенками сосуда.

В СИ за единицу давления принимают 1 Па.

Давление, при котором на площадь 1 м 2 действует сила давления в 1 Н, называется Паскалем.

1мм.рт.ст. = 133 Па

Одной из основных задач молекулярно-кинетической теории газа является установление количественных соотношений между макроскопическими параметрами, характеризующими состояние газа (давлением, температурой), и величинами, характеризующими хаотическое тепловое движение молекул газа (скоростью молекул, их кинетической энергией). Одним из таких соотношений является зависимость между давлением идеального газа и средней кинетической энергией поступательного движения его молекул. Эту зависимость называют основным уравнением молекулярно-кинетической теории идеального газа:

или

где р — давление газа; n — концентрация молекул газа (число его молекул в единичном объеме): m ₀ — масса молекулы газа, — средняя квадратичная скорость движения газовых молекул; —средняя квадратичная энергия поступательного движения молекул идеального газа.

Давление идеального газа пропорционально средней кинетической энергии поступательного движения молекул и концентрации молекул.

Это давление тем больше, чем больше средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул.

Средней квадратической скоростью называют величину, равную корню квадратному из среднего арифметического значения квадратов скоростей N молекул газа:

Средней кинетической энергией поступательного движения молекул идеального газа называют величину

С учетом основного уравнения МКТ имеем:

Из этой формулы видно, что средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул газа пропорциональна абсолютной температуре.

10В этой формуле k=1,38 -23 Дж/К – постоянная Больцмана.

Давление газа зависит от концентрации молекул. Эта зависимость выражается формулой:

Давление газа не зависит от его природы, а определяется только концентрацией молекул и температурой газа.

Численное значение средней квадратичной скорости получим из формулы

, т.к. , то

При одинаковых давлениях и температурах концентрация молекул всех газов одинакова. В частности, при нормальных условиях

Величину N _л называют числом Лошмидта, оно равно количеству молекул идеального газа, содержащихся в 1 м 3 газа при нормальных условиях.

6.Закрепление материала:
А) Вопросы для фронтального опроса:

Что такое макроскопические параметры? Какие величины относятся к их числу? Изменяется ли состояние системы при изменении одного такого параметра?

Какой газ называют идеальным? Что является моделью идеального газа?

При каких условиях газ по своим свойствам близок к идеальному? При каких условиях и почему газ не может считаться идеальным?

Что называют абсолютным нулем температуры? Каков физический смысл этого понятия с точки зрения молекулярно-кинетической теории?

Чему равно давление идеального газа на стенки камеры при абсолютном нуле температуры?

Определите, чему равна температура абсолютного нуля в градусах Цельсия. Возможно ли охладить тело до температуры абсолютного нуля?

Каково современное представление об энергии молекул при абсолютном нуле температуры?

Объясните принципы построения температурных шкал Цельсия и Кельвина. Сравните между собой эти шкалы и установите формулы, выражающие соотношение между значениями температуры, измеренной по шкалам Кельвина и Цельсия.

Б) Решение количественных задач:
Задача №1.

Найти концентрацию молекул кислорода, если его давление 0,2 МПа, а средняя квадратичная скорость молекул равна 700 м/с.

υ=700 м/с

M =32·10 — 3 кг/моль n=р/κТ

n=? n=3N _а р /υ 2 М = 2,3·10 25 .

Ответ: 2,3·10 25 .
Задача №2.

Определить кинетическую энергию 10 5 атомов гелия при температуре 47 ºС. (6,62· 10 -16 Дж)

Определите температуру газу, если средняя кинетическая энергия равна 5,6 ·10 -21 Дж.

Сколько молекул содержится в 2 м 3 газа при давлении 150 кПа и температуре 27 ºС.(7,2·10 25 )

На сколько процентов увеличивается средняя кинетическая энергия молекул газа при увеличении его температуры от 7 до 35 ºС? ( На 10%)

Подведение итогов урока.

Оценки за работу по карточкам.

Оценки за работу во время фронтального опроса.

Оценки за решение задач.

8. Домашнее задание: § 63-65, упр. 11(10).