ضغط الغاز المثالي

قبل أن تتحدث عن ما هو ضغط الغاز المثالي، يجب أن توضح محتوى مفهوم "الغاز المثالي". وهذا المفهوم يميز نموذجا رياضيا، وهو صيغة عالمية تفترض أن توزيع الطاقة المحتملة والحركية للجزيئات المتفاعلة بحيث يمكن إهمال حجم الطاقة المحتملة. إن المعنى الكيميائي الفيزيائي هو أن المرونة المطلقة لجدران الأوعية التي يقع فيها الغاز مفترضة، وبالإضافة إلى ذلك، فإن حجم القوى الجذابة للجزيئات، ودوافع تأثيرها على جدران السفينة وبعضها البعض يعترف بأنها غير ذات أهمية.

هذا الفهم لجوهر الغاز المثالي يجد تطبيق واسع جدا في مجال حل مشاكل الديناميكا الحرارية الغاز.

بالمعنى الفيزيائي، هناك اختلافات في الغاز المثالي: الكلاسيكي، الذي تتحدد خصائصه من قبل القوانين الكلاسيكية للميكانيكا، والكم، الذي تستمد طبيعته من مبادئ ميكانيكا الكم.

أول من استمد المعادلة العامة كان الفيزيائي الفرنسي العظيم بنوا كلابيرون. كما طور المبادئ الأساسية لنظرية الغاز المثالي، التي هي أساس كل النظريات الحديثة التي تدرس الغازات المختلفة.

نقطة الانطلاق من هذا المبدأ هو الاستنتاج أن ضغط الغاز المثالي هو قيمة ثابتة للطابع الخطي من الاعتماد على حجمها على درجة الحرارة. ومن الضروري مراعاة بعض الافتراضات المشروطة:

- قطر جزيء الغاز المثالي صغير إلى مقبولية إهمال حجمه؛

- الزخم بين الجزيئات يمكن أن تنتقل فقط في الاصطدامات، لذلك يمكن إهمال وقوة الجذب بينهما؛

- يتم التعرف على القيمة الإجمالية لطاقة جزيئات الغاز على أنها ثابتة، في غياب نقل الحرارة والعمل المنجز على هذا الغاز. في هذه الحالة، ضغط الغاز المثالي يعتمد على مجموع قيم البقول التي يتم إنشاؤها عندما تتصادم الجزيئات مع جدران السفينة.

خلال وجود التدريس العديد من العلماء كانوا يعملون في دراسة الطبيعة الفيزيائية والكيميائية للغازات، والنهج في كثير منها لم تكن هي نفسها. وأدى ذلك إلى أن النظر في النظرية الفيزيائية يعتبر تصنيف الغاز المثالي من وجهة نظر تلك القوانين التي يضعها واحد أو آخر من الفيزيائيين - فيرمي غاز، بوس - غاز وآخرون في أساس بحثه. على سبيل المثال، وفقا للنهج المكافئ، الغاز قيد النظر يفي في وقت واحد قوانين بويل ماريوت و غاي-لوساك: بف = بت، حيث p هو الضغط، و T هو درجة الحرارة المطلقة. وتعطي صيغة مندليف صورة أكثر شمولا للخصائص: بف = m / M x رت، حيث R هو ثابت الغاز، M هو الكتلة المولية، و m هي الكتلة.

واحدة من أقدم وتطورت التعاليم على خصائص الغازات وصف خصائص مثل ضغط الغاز المثالي. ولكن في هذا المفهوم كانت هناك بعض أوجه القصور المرتبطة نهج واحد من جانب للبحث. وهكذا، حتى من خلال قياس الضغط، لا يمكننا تحديد المعلمات من القيم المتوسطة للطاقة الحركية لكل من الجزيئات الفردية، وكذلك تركيز هذه الجزيئات في السفينة. لذلك، هناك حاجة إلى معلمة معينة، التي من خلالها يمكن حل المشكلة التي نشأت. وقد اقترح الفيزيائيون درجة الحرارة على هذا النحو. هذه الكمية العددية في الديناميكا الحرارية يعطي فكرة عن الحالة الحرارية للنظام ودينامياته. ولكن في نظرية الغازات، ودرجة الحرارة هي أيضا مهمة كمعلمة الجزيئية الحركية، لأنه يصف سلوك جزيئات الغاز في وعاء، ويعكس أيضا متوسط الطاقة الحركية لها. وتسمى هذه القيمة ثابت بولتزمان.

من أجل تجنب إدخال تعقيد الرياضيات أعلى عند البحث عن صيغة الضغط ، فمن الضروري إدخال بعض التبسيط بشكل مصطنع:

- يمكن تمثيل شكل الجزيئات ككرة؛

- المسافة بين الجزيئات كبيرة بلا حدود، باستثناء عمل قوى الجذب.

- يتم تعيين سرعة الحركة من الجزيئات على مستوى المتوسط.

- تمثل جدران السفينة على الاطلاق مرنة.

ومن ثم يمكننا استخلاص صيغة يكون فيها ضغط الغاز المثالي هو جزء من القوة المتعامدة عموديا على جدار الوعاء، وهي المساحة السطحية التي تعمل فيها هذه القوة: p = F / S.

في الحالات نفسها، عندما تبسيط لدينا لا تعمل لتحديد كيفية تغيير ضغط الغاز المثالي، يجب إدخال قيم إضافية في هذه الصيغة البسيطة.