Gázok állapotváltozásai

Gázok állapotváltozása

– gáz: apró részecskék összessége, melyeknek mérete nagyon kicsi. Szüntelenül mozognak, az edény falának ütköznek

– ha adott mennyiségű és térfogatú gázban a nyomás mindenhol egyforma: egyensúlyi állapotban van

– állapotjelzők: T (hőmérséklet), p (nyomás), V (térfogat), m (tömeg) Olyan fizikai mennyiségek, melyeket a gázt alkotó sokaság kollektíven határoz meg

– a gáz állapotának megváltozását az állapotjelzők változása mutatja (legalább kettő változik)

– speciális állapotváltozások (p, V, T közül egy állandó marad): izobár, izochor, izoterm

– extenzív mennyiségek: olyan fizikai mennyiség, amelynek az értéke a rendszer mennyiségétől függ (térfogat, belső energia, entrópia, hőkapacitás)

– intenzív mennyiségek: független a rendszer mennyiségétől (hőmérséklet, nyomás, feszültség, sűrűség, fajlagos ellenállás, felületi feszültség)

– gázok sűrűsége: A vizsgált gáz adott p nyomáson a hőmérsékletnövekedés hatására kitágul, térfogata nő. Egységnyi térfogata tehát a hőmérséklet emelésével kisebb tömegű anyag jut: a gázok sűrűsége tehát a hőmérséklettel fordítottan arányos. ρ =

Gáz nyomásának és hőmérsékletének értelmezése a kinetikus gázelmélet alapján: a gázok hőmérséklete a gázmolekulák mozgása adja meg, míg a nyomást a gázmolekulák és az edény falával való ütközés adja meg.

Brown mozgás: gázokat és folyadékokat alkotó atomok és molekulák folyamatosan rendezetlen mozgást végeznek. Ezt egy skót botanikusról nevezték el, aki vízbe kevert virágpor rendezetlen mozgását figyelte meg.

Kísérleti megfigyelése: egy pohár vízbe csepegtetünk színes folyadékot.

Gázelmélet alapegyenlete: p*V = n * R * T, ahol R az egyetemes gázállandó (R= 8,314 J/(mol*K) )

M A K R O S Z K Ó P I K U S V I Z S G Á L A T

IZOTERM (állandó hőmérséklet)

– kísérlet: fecskendőbe zárt levegő nyomása és térfogata közötti összefüggés, ha a T= állandó. Befogjuk a fecskendő végét és a dugattyút befelé vagy kifele nyomjuk, mindkét esetben ha elengedjük a fecskendő végét, a dugattyú visszaugrik kiindulási helyére. A bezárt gáz nyomása nem egyenlő a külső nyomással

– izoterm változás: a gázok állandó hőmérsékleten történő összenyomása és tágítása a nyomás megváltozásával jár együtt. (a p és V válzotik)

– Boyle-Mariotte törvény: adott tömegű gáz egyensúlyi állapotaiba a gáz nyomása fordítottan arányos a gáz térfogatával, a hőmérséklet állandó:

IZOBAR (nyomás állandó)

– kísérlet: Milyen összefüggés van a gáz térfogata és hőmérséklete között, ha a gáz nyomása állandó. Van egy edényünk, benne vízzel és egy kisebb edénnyel, amelybe dugattyú segítségével levegőt zártunk be. A dugattyúra egy súlyt helyezünk, melynek szerepe a nyomás állandó értéken tartása. A víz hőmérsékletét növeljük. A termikus egyensúly beállta után megállapítjuk a bezárt gáz térfogatát. Ezt megismételjük különböző gázokkal. A kapott adatokat egy T(ºC)-V grafikonon. A kapott grafikonok (minden géz esetén) egyenes lesznek, melyeknek meghosszabbítása egy közös pontban metszik a T tengelyt: – 273,15 ºC –nál. (Tegyük ebbe a pontba a hőmérsékleti skála kezdőpontját, beosztása ugyanaz, mint a celsius skáláé. Az új skálát termodinamikai hőmérsékleti skála, vagy más néven az abszolút hőmérsékleti skála. Jele T, mértékegység [T]=Kelvin, T= t + 273,15, 273,15 K=0ºC )

– Gay-Lussac első törvénye: adott tömegű gáz egyensúlyi állapotaiban a gáz térfogata egyenesen arányos az abszolút T-vel, ha a nyomás állandó , p=állandó

IZOCHOR (térfogat állandó)

– izochor változás esetén állandó térfogaton melegítjük a gázt, a T és p változik

– Gay-Lussac második törvénye: Az állandó térfogaton történő állapotváltozások során az adott tömegű ideális gáz nyomása egyenesen arányos a gáz abszolút hőmérsékletével. V=állandó

Egyesített gáztörvény