Уравнение состояния идеального газа 10 класс видеоурок

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.

Уравнение состояния идеального газа 10 класс видеоурок

1. Что такое механика . смотреть
2. Движение точки тела. Способы описания движения . смотреть
3. Уравнение равномерного прямолинейного движения . смотреть
4. Мгновенная скорость. Сложение скоростей . смотреть
5. Ускорение. Движение с постоянным ускорением. Единица ускорения . смотреть
6. Уравнение движения с постоянным ускорением . смотреть
7. Равномерное движение точки по окружности . смотреть

Динамика

8. Исаак Ньютон . смотреть
9. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета . смотреть
10. Взаимодействие тел. Второй закон Ньютона . смотреть
11. Третий закон Ньютона. Понятие о системе единиц . смотреть

12. Силы в природе. Закон всемирного тяготения . смотреть
13. Первая космическая скорость. Сила тяжести и вес. Невесомость . смотреть
14. Деформация и силы упругости. Закон Гука . смотреть
15. Силы трения между соприкасающимися поверхностями твердых тел . смотреть

Законы сохранения в механике

16. Другая формулировка второго закона Ньютона . смотреть
17. Закон сохранения импульса. Реактивное движение . смотреть

18. Работа силы. Мощность . смотреть
19. Энергия. Кинетическая энергия и её изменение . смотреть
20. Работа силы тяжести. Работа силы упругости. Потенциальная энергия . смотреть
21. Закон сохранения энергии в механике . смотреть

Статика

22. Равновесие тел. Первое условие равновесия твердого тела . смотреть
23. Момент силы. Второе условие равновесия твёрдого тела . смотреть

Молекулярная физика. Тепловые явления

24. Основные положения молекулярно-кинетической теории . смотреть
25. Масса молекул. Количество вещества . смотреть
26. Броуновское движение. Силы взаимодействия молекул . смотреть
27. Строение газообразных, жидких и твердых тел . смотреть
28. Идеальный газ в молекулярно-кинетической теории . смотреть
29. Решение задач на основное уравнение МКТ идеального газа . смотреть
30. Температура и тепловое равновесие. Определение температуры . смотреть
31. Абсолютная температура . смотреть
32. Измерение скоростей молекул газа . смотреть
33. Уравнение состояния идеального газа . смотреть
34. Газовые законы. Изопроцессы . смотреть
35. Насыщенный пар. Зависимость давления пара от температуры . смотреть
36. Влажность воздуха и её измерение . смотреть
37. Строение и свойства кристаллических и аморфных тел . смотреть
38. Внутренняя энергия . смотреть
39. Работа в термодинамике . смотреть
40. Количество теплоты . смотреть
41. Первый закон термодинамики . смотреть
42. Необратимость процессов в природе . смотреть
43. Принципы действия тепловых двигателей. КПД. КПД тепловых двигателей . смотреть

Основы электродинамики

44. Электрический заряд и элементарные частицы . смотреть
45. Электрическое поле. Принцип суперпозиции полей . смотреть
46. Силовые линии электрического поля . смотреть
47. Проводники в электростатическом поле . смотреть
48. Диэлектрики в электростатическом поле. Поляризация диэлектриков . смотреть
49. Потенциальная энергия заряженного тела в электростатическом поле . смотреть
50. Потенциал электростатического поля, разность потенциалов . смотреть
51. Связь между напряженностью электростатического поля и напряжением . смотреть
52. Электроёмкость. Единицы электроёмкости. Конденсаторы . смотреть
53. Электрический ток. Закон Ома для участка цепи . смотреть
54. Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединение . смотреть
55. Работа и мощность постоянного тока . смотреть
56. Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи . смотреть
57. Электрическая проводимость различных веществ . смотреть
58. Электрический ток через контакт полупроводников р и n типов . смотреть
59. Полупроводниковый диод. Транзистор . смотреть
60. Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза . смотреть
61. Электрический ток в газах . смотреть

Уравнение состояния идеального газа 10 класс видеоурок

«Физика — 10 класс»

В этой главе речь пойдёт о следствиях, которые можно извлечь из понятия температуры и других макроскопических параметров. Основное уравнение молекулярнокинетической теории газов вплотную приблизило нас к установлению связей между этими параметрами.

Как можно рассчитать массу воздуха в кабинете физики?
Какие параметры воздуха будут необходимы для определения этой массы?

Мы детально рассмотрели поведение идеального газа с точки зрения молекулярно-кинетической теории. Была определена зависимость давления газа от концентрации его молекул и температуры (см. формулу (9.17)).

На основе этой зависимости можно получить уравнение, связывающее все три макроскопических параметра р, V и Т, характеризующие состояние идеального газа данной массы.

Формулой (9.17) можно пользоваться только до давления порядка 10 атм.

Уравнение, связывающее три макроскопических параметра р, V и Т, называют уравнением состояния идеального газа.

Подставим в уравнение р = nkT выражение для концентрации молекул газа. Учитывая формулу (8.8), концентрацию газа можно записать так:

где N_A — постоянная Авогадро, m — масса газа, М — его молярная масса. После подстановки формулы (10.1) в выражение (9.17) будем иметь

Произведение постоянной Больцмана k и постоянной Авогадро N_A называют универсальной (молярной) газовой постоянной и обозначают буквой R:

R = kN_A = 1,38 • 10 -23 Дж/К • 6,02 • 10 23 1/моль = 8,31 Дж/(моль • К). (10.3)

Подставляя в уравнение (10.2) вместо kN_A универсальную газовую постоянную R, получаем уравнение состояния идеального газа произвольной массы

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

Из уравнения состояния вытекает связь между давлением, объёмом и температурой идеального газа, который может находиться в двух любых состояниях.

Если индексом 1 обозначить параметры, относящиеся к первому состоянию, а индексом 2 — параметры, относящиеся ко второму состоянию, то согласно уравнению (10.4) для газа данной массы

Правые части этих уравнений одинаковы, следовательно, должны быть равны и их левые части:

Известно, что один моль любого газа при нормальных условиях (р₀ = 1 атм = 1,013 • 10 5 Па, t = 0 °С или Т = 273 К) занимает объём 22,4 л. Для одного моля газа, согласно соотношению (10.5), запишем:

Мы получили значение универсальной газовой постоянной R.

Таким образом, для одного моля любого газа

Уравнение состояния в форме (10.4) было впервые получено великим русским учёным Д. И. Менделеевым. Его называют уравнением Менделеева—Клапейрона.

Уравнение состояния в форме (10.5) называется уравнением Клапейрона и представляет собой одну из форм записи уравнения состояния.

Б. Клапейрон в течение 10 лет работал в России профессором в институте путей сообщения. Вернувшись во Францию, участвовал в постройке многих железных дорог и составил множество проектов по постройке мостов и дорог.

Его имя внесено в список величайших учёных Франции, помещённый на первом этаже Эйфелевой башни.

Уравнение состояния не надо выводить каждый раз, его надо запомнить. Неплохо было бы помнить и значение универсальной газовой постоянной:

R = 8,31 Дж/(моль • К).

До сих пор мы говорили о давлении идеального газа. Но в природе и в технике мы очень часто имеем дело со смесью нескольких газов, которые при определённых условиях можно считать идеальными.

Самый важный пример смеси газов — воздух, являющийся смесью азота, кислорода, аргона, углекислого газа и других газов. Чему же равно давление смеси газов?

Для смеси газов справедлив закон Дальтона.

Давление смеси химически невзаимодействующих газов равно сумме (ЦЩй их парциальных давлений

где р_i — парциальное давление i-й компоненты смеси.

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Основные положения МКТ. Тепловые явления — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика