Закон Бойля - Мариотта.(изотермический процесс)
В 1662 г. Р. Бойль , а в 1676 г. Э. Мариотт независимо друг от друга установили зависимость опытным путем объёма газа от его давления при постоянной температуре.
При Т=const удельные объёмы данного газа обратно пропорциональны его абсолютным давлениям. , , (2.1)
откуда
Закон Гей-Люссака(изобарный процесс)
В 1802г. Ж. Гей-Люссак, изучавший поведение газов при постоянном давлении, установил зависимость изменения объёма газа от его температуры.
При p = соnst Удельные объёмы газа прямо пропорциональны его абсолютным температурам ; , (2.2)
Закон Шарля (изохорный процесс)
В 1787 г. Ж. Шарль, исследовавший расширение газов, установил закон изменения
давления газа от изменения температуры при постоянном объёме.
При v=const данной массы газа абсолютные давления идеального газа прямо пропорциональные его абсолютным температурам. ; , (2.3)
Закон Авогадро
В 1811 г. А. Авогадро открыл важный для физики и химии закон, в соответствии с которым в равных объёмах разных идеальных газов при одинаковых температуре и давлении содержится равное число молекул.
Допустим, что в двух одинаковых объёмах V1 =V2 двух различных идеальных газов – заполненном газом 1, находится N1 молекул этого газа при числе молекул в единице объёма, равном n1, а во втором объёме имеем: N2 и n2. Массы молекул и абсолютные давления газов равны соответственно m1 и m2 и p1 и p2.
Если давления газов одинаковы, то есть p1 = p2, то из уравнения (1.2) имеем
, (2.4)
При одинаковых температурах (Т1=Т2) кинетическая энергия поступательного движения молекул одинакова, т.е. , (2.5)
С учетом равенства (2.5) из уравнения (2.4) имеем n1 = n2, (2.6)
Умножая обе части равенства (2.6) на объём V1 = V2 = V, получаем
n1 V=n2 V, (2.7) или N1 =N2 =N, (2.8)
Из закона Авогадро вытекает важное следствие. Массы газов в первом и втором объёмах можно определить из выражений М1 = N1 m1, М2 = N2 m2, (2.9)
Отношение масс молекул газов m1/m2 равно отношению молекулярных масс этих газов .Следовательно, можно записать , (2.10)
Из этого выражения следует, что отношение массовых количеств различных идеальных газов, заключенных в равных объемах и находящихся при p=const и T=const, равно отношению молекулярных масс этих газов. Перепишем выражение (2.10) в виде
(, или , (2.11)
Отсюда видно, что отношение плотностей различных идеальных газов, заключенных в равных объёмах при равных давлениях и температурах, равно отношению молекулярных масс этих газов. Заменим отношение плотностей газов в уравнении (2.11) обратным отношением удельных объёмов. Тогда получим:
, или , (2.12)
Следовательно, при одинаковых физических условиях произведение удельного объема
газа на его молекулярную массу есть величина постоянная и не зависит от природы газа:
v= idem
Произведение представляет собой объём 1 кмоля газа, (молярный объём).
В Международной системе СИ за единицу количества вещества принимается – моль, под которым понимают количество вещества в граммах численно равное его молекулярной массе.
Установлено, что в 1 моле любого идеального газа содержится молекул. Это наз. числом Авогадро.
Поскольку объём 1 кмоля идеального газа при данных p и Т не зависит от природы газа, то его можно вычислить по любому газу. Так при НФУ p= 101,325 кПа=760 мм.рт.ст. и Т=273,15 К, объём 1 кмоля азота для которого =28 кг/кмоль. Так как плотность азота при НФУ =1,25 кг/м3, то имеем: м3/кг
Следовательно: м3/кмоль
Из последнего выражения легко определяются и v любого газа при НФУ
; , (2.13)