आइसोप्रोसेस - भौतिकी में एकीकृत राज्य परीक्षा की तैयारी के लिए सामग्री। आदर्श गैसों के नियम दबाव और आयतन के आधार पर गैस का द्रव्यमान

महत्वपूर्ण या मुख्य स्थान पर भौतिक गुणगैसें और कानून गैस अवस्थागैसों का आणविक गतिज सिद्धांत निहित है। गैस अवस्था के अधिकांश नियम एक आदर्श गैस के लिए बनाए गए थे, जिसके आणविक बल शून्य हैं, और अणुओं का आयतन अंतर-आणविक स्थान के आयतन की तुलना में असीम रूप से छोटा है।

ऊर्जा के अतिरिक्त वास्तविक गैसों के अणु सीधीरेखीय गतिघूर्णन और कंपन की ऊर्जा रखते हैं। वे एक निश्चित मात्रा पर कब्जा कर लेते हैं, यानी कि उनके पास है अंतिम आयाम. वास्तविक गैसों के नियम आदर्श गैसों के नियमों से कुछ भिन्न होते हैं। यह विचलन गैसों का दबाव जितना अधिक होगा और उनका तापमान उतना ही कम होगा, इसे संबंधित समीकरणों में संपीड़ितता सुधार कारक पेश करके ध्यान में रखा जाता है।

उच्च दबाव में पाइपलाइनों के माध्यम से गैसों का परिवहन करते समय, संपीड़ितता गुणांक का बहुत महत्व होता है।

1 एमपीए तक के गैस नेटवर्क में गैस के दबाव पर, एक आदर्श गैस के लिए गैस अवस्था के नियम काफी सटीक रूप से गुणों को दर्शाते हैं प्राकृतिक गैस. उच्च दबाव पर या कम तामपानऐसे समीकरण लागू करें जो अणुओं द्वारा घेरे गए आयतन और उनके बीच परस्पर क्रिया की ताकतों को ध्यान में रखते हैं, या एक आदर्श गैस-गैस संपीड़न गुणांक के समीकरणों में सुधार कारक पेश करते हैं।

बॉयल का नियम - मैरियट।

कई प्रयोगों से यह स्थापित हुआ है कि यदि आप एक निश्चित मात्रा में गैस लेते हैं और इसे विभिन्न दबावों के अधीन करते हैं, तो इस गैस की मात्रा दबाव के विपरीत अनुपात में बदल जाएगी। स्थिर तापमान पर दबाव और गैस की मात्रा के बीच यह संबंध निम्नलिखित सूत्र द्वारा व्यक्त किया गया है:

पी 1 /पी 2 = वी 2 /वी 1, या वी 2 = पी 1 वी 1 /पी 2,

कहाँ पी 1और वि 1- प्रारंभिक पूर्ण दबाव और गैस की मात्रा; पी2और वी 2 - परिवर्तन के बाद गैस का दबाव और आयतन।

इस सूत्र से हम निम्नलिखित गणितीय अभिव्यक्ति प्राप्त कर सकते हैं:

वी 2 पी 2 = वी 1 पी 1 = स्थिरांक।

अर्थात्, इस आयतन के अनुरूप गैस के दबाव द्वारा गैस के आयतन का गुणनफल स्थिर तापमान पर एक स्थिर मान होगा। इस कानून ने प्रायोगिक उपयोगगैस उद्योग में. यह आपको दबाव बदलने पर गैस का आयतन और आयतन बदलने पर गैस का दबाव निर्धारित करने की अनुमति देता है, बशर्ते कि गैस का तापमान स्थिर रहे। स्थिर तापमान पर गैस का आयतन जितना अधिक बढ़ता है, उसका घनत्व उतना ही कम हो जाता है।

आयतन और घनत्व के बीच संबंध सूत्र द्वारा व्यक्त किया गया है:

वि 1/वि 2= ρ 2 /ρ 1 ,

कहाँ वि 1और वि 2- गैस द्वारा व्याप्त मात्रा; ρ 1 और ρ 2 - इन आयतनों के अनुरूप गैस घनत्व।

यदि गैस की मात्रा के अनुपात को उनके घनत्व के अनुपात से बदल दिया जाए, तो हम प्राप्त कर सकते हैं:

ρ 2 /ρ 1 = पी 2 /पी 1 या ρ 2 = पी 2 ρ 1 /पी 1.

हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि एक ही तापमान पर गैसों का घनत्व उन दबावों के सीधे आनुपातिक होता है जिसके तहत ये गैसें स्थित होती हैं, अर्थात, गैस का घनत्व (स्थिर तापमान पर) जितना अधिक होगा, उसका दबाव उतना ही अधिक होगा।

उदाहरण। 760 मिमी एचजी के दबाव पर गैस का आयतन। कला। और 0 डिग्री सेल्सियस का तापमान 300 मीटर 3 है। 1520 मिमी एचजी के दबाव पर यह गैस कितना आयतन घेरेगी? कला। और एक ही तापमान पर?

760 एमएमएचजी कला। = 101329 पा = 101.3 केपीए;

1520 एमएमएचजी कला। = 202658 पा = 202.6 केपीए।

स्थानापन्न मान निर्धारित करें वी, पी 1, पी 2सूत्र में, हमें m 3 मिलता है:

वि 2= 101, 3-300/202,6 = 150.

गे-लुसाक का नियम.

निरंतर दबाव पर, बढ़ते तापमान के साथ, गैसों की मात्रा बढ़ जाती है, और घटते तापमान के साथ, यह घट जाती है, अर्थात, स्थिर दबाव पर, गैस की समान मात्रा का आयतन उनके निरपेक्ष तापमान के सीधे आनुपातिक होता है। गणितीय रूप से, स्थिर दबाव पर गैस के आयतन और तापमान के बीच का यह संबंध इस प्रकार लिखा जाता है:

वी 2 /वी 1 = टी 2 /टी 1

जहाँ V गैस का आयतन है; टी - पूर्ण तापमान.

सूत्र से यह पता चलता है कि यदि गैस की एक निश्चित मात्रा को स्थिर दबाव पर गर्म किया जाता है, तो यह उतनी ही बार बदल जाएगी जितनी बार इसका पूर्ण तापमान बदलता है।

यह स्थापित किया गया है कि जब किसी गैस को स्थिर दबाव पर 1°C गर्म किया जाता है, तो उसका आयतन बढ़ जाता है नियत मान, मूल आयतन के 1/273.2 के बराबर। इस मात्रा को थर्मल विस्तार गुणांक कहा जाता है और इसे p से दर्शाया जाता है। इसे ध्यान में रखते हुए, गे-लुसाक का नियम इस प्रकार तैयार किया जा सकता है: स्थिर दबाव पर गैस के दिए गए द्रव्यमान का आयतन है रैखिक प्रकार्यतापमान:

वी टी = वी 0 (1 + βt या वी टी = वी 0 टी/273।

चार्ल्स का नियम.

स्थिर आयतन पर, गैस की स्थिर मात्रा का पूर्ण दबाव उसके पूर्ण तापमान के सीधे आनुपातिक होता है। चार्ल्स का नियम निम्नलिखित सूत्र द्वारा व्यक्त किया गया है:

पी 2 / पी 1 = टी 2 / टी 1 या पी 2 = पी 1 टी 2 / टी 1

कहाँ पी 1और पी 2- पूर्ण दबाव; टी 1और टी 2- निरपेक्ष गैस तापमान.

सूत्र से हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि स्थिर आयतन पर, गर्म करने पर गैस का दबाव उसके निरपेक्ष तापमान के बढ़ने से कई गुना बढ़ जाता है।

राज्य का आदर्श गैस समीकरण पिंडों के तापमान, आयतन और दबाव के बीच संबंध निर्धारित करता है।

• आपको दो अन्य (थर्मामीटर में प्रयुक्त) से गैस की स्थिति को दर्शाने वाली एक मात्रा निर्धारित करने की अनुमति देता है;
• निर्धारित करें कि कुछ बाहरी परिस्थितियों में प्रक्रियाएँ कैसे आगे बढ़ती हैं;
• निर्धारित करें कि यदि सिस्टम काम करता है या बाहरी निकायों से गर्मी प्राप्त करता है तो उसकी स्थिति कैसे बदलती है।

मेंडेलीव-क्लैपेरॉन समीकरण (राज्य का आदर्श गैस समीकरण)

- सार्वभौमिक गैस स्थिरांक, आर = केएन ए

क्लैपेरॉन का समीकरण (संयुक्त गैस कानून)

समीकरण के विशेष मामले गैस कानून हैं जो आदर्श गैसों में आइसोप्रोसेस का वर्णन करते हैं, अर्थात। ऐसी प्रक्रियाएँ जिनमें एक बंद पृथक प्रणाली में मैक्रोपैरामीटर (टी, पी, वी) में से एक स्थिर होता है।

तीसरे पैरामीटर के स्थिर मान के साथ समान द्रव्यमान की गैस के दो मापदंडों के बीच मात्रात्मक संबंध को गैस कानून कहा जाता है।

गैस कानून

बॉयल का नियम - मैरियट

पहला गैस कानून 1660 में अंग्रेजी वैज्ञानिक आर. बॉयल (1627-1691) द्वारा खोजा गया था। बॉयल के काम को "एयर स्प्रिंग के संबंध में नए प्रयोग" कहा गया था। दरअसल, गैस एक संपीड़ित स्प्रिंग की तरह व्यवहार करती है, इसे एक नियमित साइकिल पंप में हवा को संपीड़ित करके सत्यापित किया जा सकता है।

बॉयल ने स्थिर तापमान पर आयतन के फलन के रूप में गैस के दबाव में परिवर्तन का अध्ययन किया। स्थिर तापमान पर थर्मोडायनामिक प्रणाली की स्थिति को बदलने की प्रक्रिया को इज़ोटेर्मल कहा जाता है (ग्रीक शब्द आइसोस - बराबर, थर्म - गर्मी से)।

बॉयल से स्वतंत्र होकर, कुछ समय बाद, फ्रांसीसी वैज्ञानिक ई. मैरियट (1620-1684) भी इसी निष्कर्ष पर पहुंचे। इसलिए, पाए गए कानून को बॉयल-मैरियट कानून कहा गया।

यदि तापमान में परिवर्तन नहीं होता है तो किसी दिए गए द्रव्यमान की गैस के दबाव और उसके आयतन का गुणनफल स्थिर होता है

पीवी = स्थिरांक

गे-लुसाक का नियम

बॉयल-मैरियट कानून की खोज के लगभग 150 साल बाद, एक और गैस कानून की खोज 1802 में ही प्रकाशित हुई थी। स्थिर दबाव (और स्थिर द्रव्यमान) पर तापमान पर गैस की मात्रा की निर्भरता को परिभाषित करने वाला कानून फ्रांसीसी वैज्ञानिक गे-लुसाक (1778-1850) द्वारा स्थापित किया गया था।

स्थिर दबाव पर किसी दिए गए द्रव्यमान की गैस के आयतन में सापेक्ष परिवर्तन तापमान में परिवर्तन के सीधे आनुपातिक होता है

वी = वी 0 αT

चार्ल्स का नियम

स्थिर आयतन पर तापमान पर गैस के दबाव की निर्भरता प्रयोगात्मक रूप से 1787 में फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी जे. चार्ल्स (1746-1823) द्वारा स्थापित की गई थी।

जे. चार्ल्स ने 1787 में, यानी गे-लुसाक से पहले, स्थिर दबाव पर तापमान पर आयतन की निर्भरता स्थापित की, लेकिन उन्होंने अपने कार्यों को समय पर प्रकाशित नहीं किया।

स्थिर आयतन पर गैस के दिए गए द्रव्यमान का दबाव सीधे निरपेक्ष तापमान के समानुपाती होता है।

पी = पी 0 γT

नाम	सूत्रीकरण	चार्ट
बॉयल-मैरियट कानून – इज़ोटेर्माल प्रक्रिया	गैस के किसी दिए गए द्रव्यमान के लिए, यदि तापमान नहीं बदलता है तो दबाव और आयतन का गुणनफल स्थिर होता है
गे-लुसाक का नियम – आइसोबैरिक प्रक्रिया

आइए विचार करें कि गैस का दबाव तापमान पर कैसे निर्भर करता है जब उसका द्रव्यमान और आयतन स्थिर रहता है।

आइए गैस से भरा एक बंद बर्तन लें और उसे गर्म करें (चित्र 4.2)। हम थर्मामीटर का उपयोग करके गैस का तापमान और दबाव गेज एम का उपयोग करके दबाव निर्धारित करेंगे।

सबसे पहले, हम बर्तन को पिघलती बर्फ में रखेंगे और गैस के दबाव को 0 डिग्री सेल्सियस पर निर्दिष्ट करेंगे, और फिर हम धीरे-धीरे बाहरी बर्तन को गर्म करेंगे और गैस के लिए मूल्यों को रिकॉर्ड करेंगे। यह पता चलता है कि ऐसे अनुभव के आधार पर निर्मित निर्भरता का ग्राफ एक सीधी रेखा जैसा दिखता है (चित्र 4.3, ए)। यदि हम इस ग्राफ को बाईं ओर जारी रखते हैं, तो यह शून्य गैस दबाव के अनुरूप बिंदु A पर x-अक्ष के साथ प्रतिच्छेद करेगा।

चित्र में त्रिभुजों की समानता से। 4.3, लेकिन आप लिख सकते हैं:

यदि हम स्थिरांक को y से निरूपित करते हैं, तो हमें प्राप्त होता है

संक्षेप में, वर्णित प्रयोगों में आनुपातिकता गुणांक y को उसके प्रकार पर गैस के दबाव में परिवर्तन की निर्भरता को व्यक्त करना चाहिए।

गैस के स्थिर आयतन और स्थिर द्रव्यमान पर तापमान परिवर्तन की प्रक्रिया के दौरान उसके प्रकार पर गैस के दबाव में परिवर्तन की निर्भरता को दर्शाने वाली मात्रा को दबाव का तापमान गुणांक कहा जाता है। दबाव के तापमान गुणांक से पता चलता है कि 0 डिग्री सेल्सियस पर ली गई गैस के दबाव के कितने भाग को गर्म करने पर उसके दबाव में परिवर्तन होता है

आइए हम SI में तापमान गुणांक y की इकाई प्राप्त करें:

के लिए वर्णित प्रयोग को दोहराना विभिन्न गैसेंविभिन्न द्रव्यमानों पर, यह स्थापित किया जा सकता है कि, प्रयोगात्मक त्रुटियों के भीतर, सभी ग्राफ़ के लिए बिंदु A एक ही स्थान पर प्राप्त होता है (चित्र 4.3, बी)। इस मामले में, खंड OA की लंबाई बराबर है, इस प्रकार, सभी मामलों के लिए, जिस तापमान पर गैस का दबाव शून्य होना चाहिए वह समान और बराबर है तापमान गुणांकदबाव ध्यान दें कि y का सटीक मान इसके बराबर है। समस्याओं को हल करते समय, वे आमतौर पर y के बराबर अनुमानित मान का उपयोग करते हैं

प्रयोगों से, y का मान सबसे पहले फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी जे. चार्ल्स द्वारा निर्धारित किया गया था, जिन्होंने 1787 में निम्नलिखित कानून स्थापित किया था: दबाव का तापमान गुणांक गैस के प्रकार पर निर्भर नहीं करता है और इसके बराबर है ध्यान दें कि यह केवल के लिए सच है कम घनत्व वाली गैसें, और पर छोटे परिवर्तनतापमान; उच्च दबाव या कम तापमान पर, y गैस के प्रकार पर निर्भर करता है। केवल एक आदर्श गैस ही चार्ल्स के नियम का सख्ती से पालन करती है।

आदर्श गैस कानून.

प्रायोगिक:

गैस के मुख्य पैरामीटर तापमान, दबाव और आयतन हैं। गैस की मात्रा गैस के दबाव और तापमान पर काफी हद तक निर्भर करती है। इसलिए, गैस के आयतन, दबाव और तापमान के बीच संबंध खोजना आवश्यक है। इस अनुपात को कहा जाता है स्थिति के समीकरण।

प्रयोगात्मक रूप से यह पता चला कि गैस की एक निश्चित मात्रा के लिए निम्नलिखित संबंध एक अच्छा सन्निकटन रखता है: स्थिर तापमान पर, गैस का आयतन उस पर लगाए गए दबाव के व्युत्क्रमानुपाती होता है (चित्र 1):

वी~1/पी, टी=स्थिरांक पर।

उदाहरण के लिए, यदि किसी गैस पर लगने वाला दबाव दोगुना हो जाए, तो आयतन घटकर उसके मूल आयतन का आधा हो जाएगा। इस रिश्ते को कहा जाता है बॉयल का नियम (1627-1691)-मारियोटे (1620-1684), इसे इस प्रकार लिखा जा सकता है:

इसका मतलब यह है कि जब एक मात्रा बदलती है, तो दूसरी भी बदल जाएगी, और इस तरह से कि उनका उत्पाद स्थिर रहे।

तापमान पर आयतन की निर्भरता (चित्र 2) की खोज जे. गे-लुसाक ने की थी। उन्होंने इसकी खोज की स्थिर दबाव पर, गैस की दी गई मात्रा का आयतन सीधे तापमान के समानुपाती होता है:

V~T, Р =स्थिरांक पर।

इस निर्भरता का ग्राफ निर्देशांक की उत्पत्ति से गुजरता है और तदनुसार, 0K पर इसकी मात्रा शून्य के बराबर हो जाएगी, जो स्पष्ट रूप से नहीं है भौतिक अर्थ. इससे यह धारणा बनी कि -273 0 C न्यूनतम तापमानजिसे हासिल किया जा सकता है.

तीसरा गैस कानून, के नाम से जाना जाता है चार्ल्स का नियमजैक्स चार्ल्स (1746-1823) के नाम पर। यह कानून कहता है: स्थिर आयतन पर, गैस का दबाव सीधे निरपेक्ष तापमान के समानुपाती होता है (चित्र 3):

पी ~टी, वी=स्थिरांक पर।

अच्छा प्रसिद्ध उदाहरणइस नियम का प्रभाव एक एयरोसोल कैन है जो आग लगने पर फट जाता है। ऐसा स्थिर आयतन पर तापमान में तीव्र वृद्धि के कारण होता है।

ये तीन नियम प्रायोगिक हैं, वास्तविक गैसों में तभी तक अच्छे से लागू होते हैं जब तक दबाव और घनत्व बहुत अधिक न हो, और तापमान गैस के संघनन तापमान के बहुत करीब न हो, इसलिए "कानून" शब्द इसके लिए बहुत उपयुक्त नहीं है गैसों के ये गुण, लेकिन यह आम तौर पर स्वीकृत हो गए हैं।

बॉयल-मैरियट, चार्ल्स और गे-लुसाक के गैस कानूनों को आयतन, दबाव और तापमान के बीच एक और सामान्य संबंध में जोड़ा जा सकता है, जो गैस की एक निश्चित मात्रा के लिए मान्य है:

इससे पता चलता है कि जब P, V या T में से एक मात्रा बदलती है, तो अन्य दो मात्राएँ भी बदल जाएंगी। जब एक मान को स्थिर मान लिया जाता है तो यह अभिव्यक्ति इन तीन नियमों में बदल जाती है।

अब हमें एक और मात्रा को ध्यान में रखना चाहिए, जिसे अब तक हम स्थिर मानते थे - इस गैस की मात्रा। यह प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की गई है कि: स्थिर तापमान और दबाव पर, गैस का बंद आयतन इस गैस के द्रव्यमान के सीधे अनुपात में बढ़ता है:

यह निर्भरता गैस की सभी मुख्य मात्राओं को जोड़ती है। यदि हम इस आनुपातिकता में आनुपातिकता गुणांक जोड़ते हैं, तो हमें समानता प्राप्त होती है। हालाँकि, प्रयोगों से पता चलता है कि यह गुणांक विभिन्न गैसों में भिन्न होता है, इसलिए द्रव्यमान m के बजाय, पदार्थ n की मात्रा (मोल्स की संख्या) पेश की जाती है।

परिणामस्वरूप हमें मिलता है:

जहाँ n मोल्स की संख्या है, और R आनुपातिकता गुणांक है। मात्रा R कहलाती है सार्वभौमिक गैस स्थिरांक.आज तक, इस मान का सबसे सटीक मान है:

आर=8.31441 ± 0.00026 जे/मोल

समानता (1) कहलाती है आदर्श गैस की अवस्था का समीकरण या आदर्श गैस नियम।

अवोगाद्रो की संख्या; आदर्श गैस नियम सूक्ष्म स्तर:

सभी गैसों के लिए स्थिरांक R का मान समान होना प्रकृति की सरलता का एक शानदार प्रतिबिंब है। इसे पहली बार, थोड़े अलग रूप में, इतालवी एमेडियो अवोगाद्रो (1776-1856) द्वारा महसूस किया गया था। उन्होंने इसे प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया समान दबाव और तापमान पर समान मात्रा में गैस में अणुओं की संख्या समान होती है।सबसे पहले: समीकरण (1) से यह स्पष्ट है कि यदि विभिन्न गैसों में समान संख्या में मोल होते हैं, उनका दबाव और तापमान समान होता है, तो, बशर्ते कि आर स्थिर हो, वे समान मात्रा में होते हैं। दूसरे: एक मोल में अणुओं की संख्या सभी गैसों के लिए समान होती है, जो सीधे तौर पर एक मोल की परिभाषा का अनुसरण करती है। इसलिए, हम कह सकते हैं कि सभी गैसों के लिए R का मान स्थिर है।

एक मोल में अणुओं की संख्या कहलाती है अवोगाद्रो की संख्याएन ए. अब यह स्थापित हो गया है कि अवोगाद्रो की संख्या बराबर है:

एन ए =(6.022045 ± 0.000031) 10 -23 मोल -1

क्योंकि कुल गणनागैस के अणु N, एक मोल में अणुओं की संख्या को मोलों की संख्या से गुणा करने के बराबर है (N = nN A), आदर्श गैस नियम को निम्नानुसार फिर से लिखा जा सकता है:

जहाँ k कहा जाता है बोल्ट्ज़मान स्थिरांकऔर उसका मान समान है:

के= आर/एन ए =(1.380662 ± 0.000044) 10 -23 जे/के

कंप्रेसर उपकरण की निर्देशिका

आइए सुनिश्चित करें कि गैस के अणु वास्तव में एक दूसरे से काफी दूर स्थित हैं, और इसलिए गैसें अच्छी तरह से संपीड़ित हैं आइए एक सिरिंज लें और उसके पिस्टन को सिलेंडर के लगभग बीच में रखें। सिरिंज के छेद को एक ट्यूब से कनेक्ट करें, जिसका दूसरा सिरा कसकर बंद हो। इस प्रकार, पिस्टन के नीचे सिरिंज बैरल में और ट्यूब में कुछ हवा बंद रहेगी। पिस्टन के नीचे सिरिंज बैरल में कुछ हवा बंद रहेगी। अब सिरिंज के गतिशील पिस्टन पर एक भार रखें। यह नोटिस करना आसान है कि पिस्टन थोड़ा नीचे गिर जाएगा। इसका मतलब है कि हवा का आयतन कम हो गया है, दूसरे शब्दों में, गैसें आसानी से संपीड़ित हो जाती हैं। इस प्रकार, गैस अणुओं के बीच काफी बड़े अंतराल होते हैं। पिस्टन पर भार रखने से गैस की मात्रा कम हो जाती है। दूसरी ओर, लोड स्थापित करने के बाद, पिस्टन, थोड़ा नीचे गिरकर, एक नई संतुलन स्थिति में रुक जाता है। इस का मतलब है कि पिस्टन पर वायु दाब बलबढ़ता है और फिर से पिस्टन के बढ़े हुए वजन को भार के साथ संतुलित करता है। और चूँकि पिस्टन का क्षेत्रफल अपरिवर्तित रहता है, हम एक महत्वपूर्ण निष्कर्ष पर पहुँचते हैं।

जैसे-जैसे गैस का आयतन घटता है, उसका दबाव बढ़ता है।

आइये साथ ही यह भी याद रखें प्रयोग के दौरान गैस का द्रव्यमान और उसका तापमान अपरिवर्तित रहा. आयतन पर दबाव की निर्भरता को इस प्रकार समझाया जा सकता है। जैसे-जैसे गैस का आयतन बढ़ता है, उसके अणुओं के बीच की दूरी बढ़ती है। प्रत्येक अणु को अब बर्तन की दीवार पर एक प्रभाव से दूसरे प्रभाव तक अधिक दूरी तय करने की आवश्यकता है। अणुओं की गति की औसत गति अपरिवर्तित रहती है, परिणामस्वरूप, गैस के अणु बर्तन की दीवारों से कम टकराते हैं, और इससे गैस के दबाव में कमी आती है। और, इसके विपरीत, जब गैस का आयतन कम हो जाता है, तो उसके अणु कंटेनर की दीवारों से अधिक बार टकराते हैं, और गैस का दबाव बढ़ जाता है। जैसे-जैसे गैस का आयतन घटता है, उसके अणुओं के बीच की दूरी कम होती जाती है

तापमान पर गैस के दबाव की निर्भरता

पिछले प्रयोगों में, गैस का तापमान स्थिर रहा, और हमने गैस के आयतन में परिवर्तन के कारण दबाव में परिवर्तन का अध्ययन किया। अब उस स्थिति पर विचार करें जब गैस का आयतन स्थिर रहता है, लेकिन गैस का तापमान बदल जाता है। द्रव्यमान भी अपरिवर्तित रहता है। पिस्टन वाले सिलेंडर में एक निश्चित मात्रा में गैस रखकर और पिस्टन को सुरक्षित करके ऐसी स्थितियाँ बनाई जा सकती हैं

स्थिर आयतन पर गैस के दिए गए द्रव्यमान के तापमान में परिवर्तन

तापमान जितना अधिक होगा, गैस के अणु उतनी ही तेजी से चलते हैं.

इसलिए,

सबसे पहले, अणु बर्तन की दीवारों से अधिक बार टकराते हैं;

दूसरे, दीवार पर प्रत्येक अणु के प्रभाव का औसत बल अधिक हो जाता है। यह हमें एक और महत्वपूर्ण निष्कर्ष पर लाता है। जैसे-जैसे गैस का तापमान बढ़ता है, उसका दबाव बढ़ता है। आइए याद रखें कि यह कथन सत्य है यदि तापमान बदलने पर गैस का द्रव्यमान और आयतन अपरिवर्तित रहता है।

गैसों का भंडारण एवं परिवहन।

आयतन और तापमान पर गैस के दबाव की निर्भरता का उपयोग अक्सर प्रौद्योगिकी और रोजमर्रा की जिंदगी में किया जाता है। यदि गैस की एक महत्वपूर्ण मात्रा को एक स्थान से दूसरे स्थान तक ले जाना आवश्यक हो, या जब गैसों को लंबे समय तक संग्रहीत करने की आवश्यकता हो, तो उन्हें विशेष टिकाऊ धातु के बर्तनों में रखा जाता है। ये जहाज उच्च दबाव का सामना कर सकते हैं, इसलिए विशेष पंपों की मदद से, गैस के महत्वपूर्ण द्रव्यमान को उनमें पंप किया जा सकता है, जो सामान्य परिस्थितियों में सैकड़ों गुना अधिक मात्रा में होगा। चूंकि कमरे के तापमान पर भी सिलेंडर में गैस का दबाव बहुत अधिक होता है, इसलिए उपयोग के बाद भी उन्हें कभी भी गर्म नहीं करना चाहिए या किसी भी तरह से उनमें छेद करने का प्रयास नहीं करना चाहिए।

भौतिकी के गैस नियम.

भौतिक विज्ञान असली दुनियागणना में इसे अक्सर कुछ हद तक सरलीकृत मॉडल में बदल दिया जाता है। यह दृष्टिकोण गैसों के व्यवहार का वर्णन करने के लिए सबसे अधिक लागू होता है। प्रयोगात्मक रूप से स्थापित नियमों को विभिन्न शोधकर्ताओं द्वारा भौतिकी के गैस नियमों में संकलित किया गया और "आइसोप्रोसेस" की अवधारणा को जन्म दिया गया। यह एक प्रयोग का अंश है जिसमें एक पैरामीटर स्थिर रहता है। भौतिकी के गैस नियम गैस के बुनियादी मापदंडों के साथ काम करते हैं, या यूं कहें कि इसके शारीरिक हालत. तापमान, व्याप्त मात्रा और दबाव। वे सभी प्रक्रियाएँ जो एक या अधिक मापदंडों में परिवर्तन से संबंधित हैं, थर्मोडायनामिक कहलाती हैं। एक आइसोस्टैटिक प्रक्रिया की अवधारणा इस कथन पर आधारित है कि राज्य में किसी भी परिवर्तन के दौरान, मापदंडों में से एक अपरिवर्तित रहता है। यह तथाकथित "आदर्श गैस" का व्यवहार है, जिसे कुछ आपत्तियों के साथ वास्तविक पदार्थ पर लागू किया जा सकता है। जैसा कि ऊपर बताया गया है, वास्तविकता कुछ अधिक जटिल है। हालाँकि, उच्च विश्वसनीयता के साथ स्थिर तापमान पर गैस के व्यवहार को बॉयल-मैरियट कानून का उपयोग करके चित्रित किया जाता है, जिसमें कहा गया है:

आयतन और गैस दबाव का गुणनफल एक स्थिर मान है। यह कथन उस स्थिति में सत्य माना जाता है जब तापमान में परिवर्तन नहीं होता है।

इस प्रक्रिया को "आइसोथर्मल" कहा जाता है। इस मामले में, अध्ययन के तहत तीन में से दो पैरामीटर बदल जाते हैं। भौतिक रूप से सब कुछ सरल दिखता है। निचोड़ फुलाया हुआ गुब्बारा. तापमान को स्थिर माना जा सकता है। परिणामस्वरूप, आयतन कम होने पर गेंद के अंदर दबाव बढ़ जाएगा। दो मापदंडों के उत्पाद का मूल्य अपरिवर्तित रहेगा. जानने असली कीमतउनमें से कम से कम एक, आप दूसरे के प्रदर्शन का आसानी से पता लगा सकते हैं। "भौतिकी के गैस नियमों" की सूची में एक और नियम एक ही दबाव पर गैस की मात्रा और उसके तापमान में परिवर्तन है। इसे "आइसोबैरिक प्रक्रिया" कहा जाता है और इसे गे-लुसाक के नियम का उपयोग करके वर्णित किया गया है। गैस की मात्रा और तापमान का अनुपात अपरिवर्तित है। यह सच है बशर्ते नियत मानपदार्थ के किसी दिए गए द्रव्यमान में दबाव। शारीरिक रूप से भी सब कुछ सरल है। यदि आपने इसे कम से कम एक बार चार्ज किया है गैस लाइटरया कार्बन डाइऑक्साइड अग्निशामक यंत्र का उपयोग किया और इस कानून का प्रभाव "लाइव" देखा। किसी कैन या अग्निशामक यंत्र से निकलने वाली गैस तेजी से फैलती है। उसका तापमान तेजी से गिर जाता है। आप अपने हाथों की त्वचा को फ्रीज कर सकते हैं। अग्निशामक यंत्र के मामले में, कार्बन डाइऑक्साइड बर्फ के पूरे टुकड़े तब बनते हैं जब गैस, कम तापमान के प्रभाव में, जल्दी से गैसीय अवस्था से ठोस अवस्था में बदल जाती है। गे-लुसाक के नियम की बदौलत, आप किसी भी समय किसी गैस का आयतन जानकर उसका तापमान आसानी से पता कर सकते हैं। भौतिकी के गैस नियम निरंतर व्याप्त आयतन की स्थिति में व्यवहार का भी वर्णन करते हैं। ऐसी प्रक्रिया को आइसोकोरिक कहा जाता है और इसे चार्ल्स के नियम द्वारा वर्णित किया गया है, जिसमें कहा गया है: निरंतर व्याप्त आयतन के साथ, दबाव और गैस के तापमान का अनुपात किसी भी समय अपरिवर्तित रहता है।वास्तव में, हर कोई नियम जानता है: आप एयर फ्रेशनर के डिब्बे और गैस वाले अन्य बर्तनों को दबाव में गर्म नहीं कर सकते। इसका अंत एक विस्फोट के साथ होता है. जो होता है वही चार्ल्स का नियम बताता है। तापमान बढ़ रहा है. उसी समय, दबाव बढ़ जाता है, क्योंकि आयतन नहीं बदलता है। सिलेंडर उस समय नष्ट हो जाता है जब संकेतक अनुमेय मूल्यों से अधिक हो जाते हैं। इसलिए, अधिग्रहीत आयतन और एक पैरामीटर को जानकर, आप आसानी से दूसरे का मान निर्धारित कर सकते हैं। यद्यपि भौतिकी के गैस नियम एक आदर्श मॉडल के व्यवहार का वर्णन करते हैं, लेकिन उनका उपयोग आसानी से गैसों के व्यवहार की भविष्यवाणी करने के लिए किया जा सकता है वास्तविक प्रणालियाँ. विशेष रूप से रोजमर्रा की जिंदगी में, आइसोप्रोसेस आसानी से समझा सकते हैं कि रेफ्रिजरेटर कैसे काम करता है, एयर फ्रेशनर कैन से हवा की ठंडी धारा क्यों निकलती है, चैंबर या बॉल क्यों फटती है, स्प्रिंकलर कैसे काम करता है, इत्यादि।

एमसीटी की बुनियादी बातें.

पदार्थ का आणविक गतिज सिद्धांत- स्पष्टीकरण का तरीका थर्मल घटना, जो तापीय घटनाओं और प्रक्रियाओं की घटना को पदार्थ की आंतरिक संरचना की विशेषताओं से जोड़ता है और उन कारणों का अध्ययन करता है जो तापीय गति को निर्धारित करते हैं। इस सिद्धांत को केवल 20वीं सदी में मान्यता मिली, हालाँकि यह पदार्थ की संरचना के प्राचीन यूनानी परमाणु सिद्धांत से आता है।

पदार्थ के सूक्ष्म कणों की गति और अंतःक्रिया की विशिष्टताओं द्वारा थर्मल घटना की व्याख्या करता है

यह आई. न्यूटन के शास्त्रीय यांत्रिकी के नियमों पर आधारित है, जो हमें सूक्ष्म कणों की गति का समीकरण प्राप्त करने की अनुमति देता है। हालाँकि, उनकी विशाल संख्या के कारण (पदार्थ के 1 सेमी 3 में लगभग 10 23 अणु होते हैं), शास्त्रीय यांत्रिकी के नियमों का उपयोग करके प्रत्येक अणु या परमाणु की गति का स्पष्ट रूप से वर्णन करना हर सेकंड असंभव है। इसलिए, निर्माण करने के लिए आधुनिक सिद्धांतताप उपयोग के तरीके गणितीय सांख्यिकी, जो महत्वपूर्ण संख्या में सूक्ष्म कणों के व्यवहार के पैटर्न के आधार पर थर्मल घटना के पाठ्यक्रम की व्याख्या करता है।

आणविक गतिज सिद्धांत बड़ी संख्या में अणुओं की गति के सामान्यीकृत समीकरणों के आधार पर बनाया गया।

आणविक गतिज सिद्धांतबताते हैं थर्मल घटनाके बारे में विचारों के दृष्टिकोण से आंतरिक संरचनापदार्थों अर्थात् उनके स्वभाव का पता लगाता है। यह एक गहरा, यद्यपि अधिक जटिल सिद्धांत है जो थर्मल घटना का सार बताता है और थर्मोडायनामिक्स के नियमों को निर्धारित करता है।

दोनों मौजूदा दृष्टिकोण - थर्मोडायनामिक दृष्टिकोणऔर आणविक गतिज सिद्धांत- वैज्ञानिक रूप से सिद्ध और परस्पर एक-दूसरे के पूरक हैं, और एक-दूसरे का खंडन नहीं करते हैं। इस संबंध में, थर्मल घटनाओं और प्रक्रियाओं का अध्ययन आमतौर पर या तो आणविक भौतिकी या थर्मोडायनामिक्स के दृष्टिकोण से माना जाता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि सामग्री को प्रस्तुत करना कितना आसान है।

थर्मोडायनामिक और आणविक-गतिज दृष्टिकोण समझाने में एक दूसरे के पूरक हैं थर्मल घटनाएँ और प्रक्रियाएँ।