Уравнение состояния идеального газа 10 класс мякишев

Разработка урока с презентацией Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский, 10 класс «Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы»
методическая разработка (физика, 10 класс) по теме

Методическая разработка урока с презентацией

Скачать:

Предварительный просмотр:

1. Описание мультимедийного ресурса:

интерактивный тест, который содержит 5 заданий на выбор всех правильных ответов из 5 предложенных; тест содержит настройки учета времени, затраченного на прохождение теста; создан в программе PowerPoint-2007 с использованием макросов по шаблону теста (автор шаблона Комаровский Анатолий Николаевич);

1. Структура, краткое описание содержания, системы навигации:

Для того чтобы тест работал на компьютере, необходимо произвести настройки, позволяющие исполнение макросов в PowerPoint:

В MS PowerPoint 2007 щелкните по кнопке Office, затем по кнопкам: «Параметры PowerPoint» – «Центр управления безопасностью» – «Параметры центра управления безопасностью…» и выберите с помощью переключателя «Включить все макросы».

При открытии программы PowerPoint будет появляться окно Предупреждение системы безопасности, следует разрешить использование макросов. Презентация готова к работе. Переход к следующему слайду осуществляется с помощью управляющей кнопки «далее».

Окончив работу с презентацией, не сохраняйте изменения! В диалоге, который откроется при завершении программы, на вопрос о сохранении изменений сделайте выбор «Нет».

До истечения времени тестирования можно вернуться к предыдущим слайдам и исправить ответ. Закончив работу с тестом, можно увидеть следующие результаты:

1. количество правильных ответов;
2. выполнение работы в процентах;
3. номера заданий, в которых были допущены ошибки при выборе ответа;
4. оценку.

Физика. 10 класс

Конспект урока

Физика, 10 класс

Урок 20. Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) уравнение состояния идеального газа и уравнение Менделеева — Клапейрона;

2) закон Дальтона, парциальное давление, закон Авогадро;

3) газовые законы и границы их применимости;

4) графики изохорного, изобарного и изотермического процесса;

5) определение по графикам характера процессов и макропараметров идеального газа;

6) применение модели идеального газа для описания поведения реальных газов.

Глоссарий по теме

Уравнение, связывающее три макроскопических параметра давление, объём и температура, называют уравнением состояния идеального газа.

Парциальное давление – давление отдельно взятого компонента газовой смеси, равно давлению, которое он будет оказывать, если занимает весь объем при той же температуре.

Количественные зависимости между двумя параметрами газа при фиксированном значении третьего параметра называют газовыми законами (изопроцессами).

Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянной температуре называют изотермическим.

Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянном давлении называют изобарным.

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объеме называют изохорным.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика. 10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 209 – 218.

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. — М.: Дрофа, 2009.

Открытые электронные ресурсы по теме урока:

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Уравнение Клапейрона при m = const: отношение произведения давления и объёма к температуре есть величина постоянная для постоянной массы газа:

Если изменяется какой-либо макроскопический параметр газа постоянной массы, то два других параметра изменятся таким образом, чтобы указанное соотношение осталось постоянным.

Отношение произведения давления и объёма к температуре равно универсальной газовой постоянной для одного моля идеального газа.

Уравнение Менделеева при v = 1 моль

Произведение постоянной Больцмана и постоянной Авогадро называется универсальной газовой постоянной.

— уравнение состояния идеального газа.

Уравнение состояния идеального газа получило название «уравнение Менделеева-Клапейрона».

Давление смеси химически невзаимодействующих газов равно сумме их парциальных давлений: закон Дальтона.

где p_i– парциальное давление i-й компоненты смеси.

Парциальное давление – давление отдельно взятого компонента газовой смеси, равное давлению, которое он будет оказывать, если занимает весь объём при той же температуре.

Один моль любого газа при нормальных условиях занимает один и тот же объём равный:

V₀=0,0224м 3 /моль=22,4дм 3 /моль.

Это утверждение называется законом Авогадро

Количественные зависимости между двумя параметрами газа при фиксированном значении третьего параметра называют газовыми законами (изопроцессами).

Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянной температуре называют изотермическим.

Для газа данной массы произведение давления на объём постоянна, если температура газа не меняется — закон Бойля – Мариотта.

Изотерма соответствующая более высокой температуре T₁, лежит на графике выше изотермы, соответствующей более низкой температуре T₂.

Если значения давления и температуры в различных точках объёма разные, то в этом случае газ находится в неравновесном состоянии.

Равновесное состояние — это состояние, при котором температура и давление во всех точках объёма одинаковы.

Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянном давлении называют изобарным.

Для газа данной массы отношение объема к температуре постоянно, если давление не изменяется — закон Гей-Люссака.

Изобара соответствующая более высокому давлению p₂ лежит на графике ниже изобары соответствующей более низкому давлению p₁.

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объеме называют изохорным.

При данной массе газа отношение давление газа к температуре постоянно, если объем газа не изменяется — закон Шарля.

Изохора соответствующая большему объему V₂ лежит ниже изохоры, соответствующей меньшему объему V₁.

Примеры и разбор решения заданий

1. Установите соответствие между физическими величинами и приборами для их измерения. К каждой позиции первого столбца подберите нужную позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

§ 3.9. Уравнение состояния идеального газа

Уравнение состояния

В § 3.5 и 3.6 вы ознакомились с поведением идеального газа в специально созданных условиях. Два параметра из трех (р, V или V, Т) изменялись при постоянном значении третьего (Т или р). Обычно же в природе и технике у газа меняются сразу все три параметра. Например, когда нагретый у поверхности Земли воздух поднимается вверх, то он расширяется, давление его уменьшается и температура понижается.

Используя газовые законы (3.5.2) и (3.7.8), можно получить уравнение, связывающее все три параметра р, V и T, характеризующие состояние газа данной массы. Это уравнение называют уравнением состояния идеального газа.

Изменение состояния газа

Для опыта используем уже известный нам прибор (см. рис. 3.7). Пусть в начальном состоянии 1 газ в сосуде (рис. 3.12, а) имеет давление р₁, объем V₁ и температуру T₁, равную температуре окружающего воздуха. Затем газ переходит в конечное состояние 2, при котором давление, объем и температура будут иметь значения р₂, V₂, Т₂. Какова связь между всеми этими величинами?

Переведем газ из состояния 1 в состояние 2 с помощью двух процессов, подчиняющихся законам Гей-Люссака и Бойля—Мариотта: изобарного и изотермического. Для этого поместим сосуд в большую банку с водой, нагретой до температуры Т₂ (рис. 3.12, б). Вода в банке будет служить термостатом. Одновременно начнем увеличивать объем газа так, чтобы давление Р₁ оставалось постоянным (изобарный процесс). Газ с течением времени перейдет в промежуточное состояние 1′ с объемом V’ и температурой Т₂. Графически этот переход изобразится прямой 1—1′ на рисунке 3.13.

Затем изотермически при температуре Т₂ переведем газ в конечное состояние с давлением р₂ и объемом V₂, медленно уменьшая объем сосуда (рис. 3.12, в). Графически это изобразится участком гиперболы 1’—2 (см. рис. 3.13).

Вывод уравнения состояния идеального газа

Согласно закону Гей-Люссака (3.7.8)

Применяя закон Бойля—Мариотта (3.5.2) для изотермического процесса, получим

Выразим из уравнения (3.9.1) V’:

и подставим полученное значение в уравнение (3.4.2), тогда

В пределах точности, обеспечиваемой экспериментальной установкой, данный результат согласуется с опытом.

Так как начальное и конечное состояния газа выбраны произвольно, то произведение давления газа данной массы на его объем, деленное на абсолютную температуру, есть величина постоянная, не зависящая от состояния, в котором находится газ:

Уравнение (3.9.5) носит название уравнения Клапейрона(1) и представляет собой одну из форм записи уравнения состояния идеального газа.

Если величина ^г постоянна, то естественно выяснить, чему равна эта постоянная.

Универсальная газовая постоянная

Возьмем вначале газ в количестве 1 моль, его объем обозначим через V_M. При температуре О °С и атмосферном давлении 101 325 Па объем моля любого газа один и тот же: V_MO = = 0,0224 м 3 /моль. Следовательно, для моля любого газа

Таким образом, для одного моля газа произведение давления на объем, отнесенное к абсолютной температуре, является постоянной величиной для всех газов. Эту постоянную называют универсальной газовой постоянной и обозначают буквой R:

Уравнение Менделеева—Клапейрона

Для 1 моль идеального газа, как вытекает из выражений (3.9.5) и (3.9.6),

Пусть теперь количество газа равно не 1 моль, а произвольному числу молей v = , где m — масса газа, a M — его молярная масса. Объем V этого количества вещества при тех же значениях давления и температуры равен

Менделеев Дмитрий Иванович (1834—1907) — великий русский ученый, создатель периодической системы химических элементов — одного из самых глубоких обобщений в науке. Д. И. Менделееву принадлежат важнейшие работы по теории газов, взаимным превращениям газов и жидкостей (открытие критической температуры, выше которой газ нельзя превратить в жидкость).

Передовой общественный деятель, Д. И. Менделеев много сделал для развития производительных сил России, использования полезных ископаемых и развития химического производства.

Умножая обе части уравнения (3.9.7) на v и учитывая уравнение (3.9.8), получим наиболее общую формулу уравнения состояния для произвольной массы идеального газа

В такой форме уравнение состояния было впервые записано великим русским ученым Д. И. Менделеевым. Поэтому уравнение (3.9.9) называют уравнением Менделеева — Клапейрона.

Единственная величина в уравнении состояния, зависящая от рода газа, это его молярная масса.

Уравнение состояния (3.9.9) — первое из замечательных обобщений в физике, с помощью которых свойства разных веществ выражаются через одни и те же основные величины. Именно к этому стремится физика — к нахождению общих законов, не зависящих от тех или иных веществ. Газы, существенно простые по своей природе, дали первый пример такого обобщения.

(1) Б. П. Клапейрон (1799—1864) — французский физик, в течение 10 лет работал в России.