تحقیق ترمودینامیک

قوانین گاز ها:

تعریف ماکروسکوپیک گاز کامل: تعریفی که براساس خواص ظاهری و قابل اندازه گیری بیان شود گاز کامل گازیست رقیق با چگالی کم پس اگر گازهای سبک در محفظه های بزرگ نگهداری کنیم گازکامل داریم.

تعریف میکروسکوپیک گازکامل: (تعریفی که بر اساس خواص ذرات تشکیل دهنده گاز بیان شود) گاز یست که در ان فاصله بین مولکول ها آنقدر زیاد باشد تا ازنیروهای بین مولکولی بتوان صرف نظر نمود.

هر گاز را با سه کمیت فشار (P) حجم (V) و دمای مطلق (T) نمایش می دهیم و چنانچه می دانیم این سه کمیت مستقل از هم عمل نکرده و بوسیله قوانین هریل= ماریوت و شارل- گیلوساک به هم ارتباط دارند.

= مقدار ثابت= PV بویل- ماریوت

 مقدار ثابت = شارل- گیلوساک

نتیجه دو قانون فوق به صورت زیر بیان می شود:

مقدار ثابت =

پس

توجه: در رابطه فوق V,P در دو طرف تساوی بر حسب هر واحدی می توانند بیان شوند ولی T حتما باید بر حسب کلوین باشد.

مثالک در فشار ثابت دمای گازی را c30 درجه سانتیگراد افزایش می دهیم درنتیجه گاز 1/1 برابر می شود دمای اولیه گاز چند درجه سانتی گراد است.

********

مثال: حجم و فشار گازی را دو برابر می کنیم دمای گاز برحسب سانتی گراد چند برابر می شود.

1- دوبرابر                                                                 2- نصف

3- چهاربرابر                                           4- بیشتر از چهار برابر

************

مثال: می خواهیم فشار گازی را دو برابر کنیم در اینصورت می توان: (دما در گزینه ها بر حسب سانتی گراد است)

در دمای ثابت حجم گاز را دوبرابر نمود

در دمای ثابت حجم گاز را نصف نمود

در حجم ثابت دمای فاز را دوبرابر کنیم

در حجم ثابت دمای گاز را نصف کنیم

********

نکته- مثال: در دمای ثابت چند درصد حجم گازی را کاهش دهیم تا فشار گاز 25 درصد افزایش یابد.

1) 10درصد      2) 15درصد                              3) 20درصد                              4)25درصد

********

مثال: در سیلندری زیر پیستونی که می تواند ازادانه حرکت نماید مقداری گاز محبوس است به گاز گرما می دهیم حجم، دما و فشار گاز چگونه کیفیت می نماید:

*******

نکته- مثالک یک پیستون بدون اصطکاک به وزن w به حجم V1 را در ظرف محبوس کرده است. وزنه دیگری به اندازه w دومی پیستون قرار می دهیم پس ازتعادل پیستون حجم گاز V2 می شود (دما ثابت می ماند) کدام گزینه درباره  درست است بر

5/0=K

1>K>0

1>K>5/0

بسته به شرایط هر کدام از حالتها می تواند رخ دهد.

********

توجه: در رابطه ، مقدار ثابت به نوع گاز بستگی ندارد فقط به تعداد ذرات تشکیل دهنده گاز و یا تعداد مدل گاز بستگی دارد و از رابطه زیر بدست می آید:

* n= تعداد مول گاز

* R= ثابت عمومی گاز  ها      j/mol.k 314/8=R

P= فشار بر حسب پاسکال

V= حجم بر حسب مترمکعب

T= دمای مطلق گاز

توجه: رابطه Pv=nRT که ارتباط بین فشار، حجم و دمای مطلب را نشان می دهد معادله حالت گاز نامیده می شود.

مثال: 8گرم گاز اکسیژن در فشار atm 5/2 و دمای c27 درجه سانتیگراد چند لیتر حجم دارد.

********

نکته: درحل مسائل مربوط به گازها می توان از فرمول مقایسه زیر برای مقایسه دو حالت گاز استفاده نمود.

مثال : 8 گرم گاز اکسیژن در فشار atm و دمای 273 درجه سانتی گراد چه حجمی دارد.

*********

*********

مثال: 8 گرم گاز اکسیژن و 7 گرم گاز نیتروژن در فشار atm2 و دمای 273 درجه سانتی گراد چه حجمی دارند.

*******

مثال: در مخزنی 2 مولکول گرم گاز A و 3 مولکول گرم گاز B وجود دارد و فشار گاز P می باشد. اگر درمای ثابت تمام گاز B را از مخزن خارج کنیم فشار گاز باقی ماند چقدر خواهد شد؟

1) P                2)                      3)                   4)

*********

نکته: چند مخزن با مشخصات (P1,V1,T1) و P2,V2,T2) ) و ... را به هم مرتبط می کنیم در اینصورت و مشخصات حالت نهایی برابر است با: (P,V,T) که داریم:

توجه: اگر فقط دو مخزن داشته باشیم و دما نیز ثابت باشد در اینصورت داریم.

مثال: دو مخزن با مشخصات را به هم متصل می نمائیم فشار نهایی گاز چقدر می شود. دما را ثابت در نظر بگیرید.

**************

مثالک می خواهیم مخزنی به حجم 22 لیتر را ازهوای 27 درجه ای تحت فشار 5 اتمسفر پر کنیم. اگر در هر تلمبه زدن 5/0 لیتر هوای 3- درجه ای با فشار یک اتمسفر دارد مخزن شود تعیین کنید برای پرکردن مخزن چند بار باید تلمبه بزنیم؟

1)180                              2)190                                      3)198                                      4)200

******

نکته: در مخزنی مقداری گاز در فشار P و حجم V وجود دارد. می خواهیم حجم V' ازاین گاز را در فشار P2 از مخزن خارج کنیم (منظور از فشار P2، فشار مخیطی است که که گاز وارد آن می شود) در این صورت فشار گاز مخزن P1 می شود ولی گاز باقی مانده همچنان حجم V را اشغال می کند. اگر دما ثابت باشد داریم:

مثال: در مخزنی 4لیتر گاز در فشار 5 اتمسفر وجود دارد حجمی از گاز در فشار یک اتمسفر از مخزن خارج کنیم تا فشار گاز باقی مانده atm3 گردد.

*******

فرمول چگالی گازها:

اگر گاز را از مخزن خارج نکنیم یعنی جرم گاز ثابت باشد چگالی گاز با حجم گاز نسبت عکس دارد پس

از طرفی:

نتیجه کامل:

پس چگالی گاز با حجم گاز نسبت به عکس، با فشار نسبت مستقیم و با دمای مطلق نسبت عکس دارد.

مثال: در حجم ثابت فشارگازی را دو برابر می کنیم چگالی گاز چه تغییری می نمایند.

*******

مثال: در فشار ثابت دمای گازی را 20درصد کاهش می دهیم چگالی گاز چنددرصد افزایش می یابد.

********

نکته: مثال حباب هوایی از پایین دریاچه ای بالا آمده و در سطح دریاچه حجم آن 8 برابر می شود عمق دریاچه چقدر است. ( از تغییرات دما صرف نظر شود)

*********