Gázok

A gázokról általában Gázok tulajdonságai: Kitöltik a rendelkezésre álló teret Nagymértékben összenyomhatók A részecskék rendezetlen hőmozgást végeznek Modellezés: golyómodell (ideális gázmodell)

Az ideális gázmodell Az ideális gáz jellemzői: A molekuláik térfogata elhanyagolható a gáz térfogatához képest. A gázmolekulák – az egymáson történő rugalmas ütközésen kívül – nincsenek kölcsönhatásban. A részecskék egymással és a tartóedény falával tökéletesen rugalmasan ütköznek. (ebből származik a gáz nyomása) Két ütközés között egyenes vonalú egyenletes mozgást végeznek.

A részecskék hőmozgását igazoló jelenségek Tyndall jelenség A nyugvó levegőben lévő por- és füstrészecskék kavargó mozgását láthatjuk, amikor megvilágításkor a fényt visszaverik. Diffúzió Folyadékok és gázok külső hatás nélküli keveredése. (a kölni illata kis idő után a szoba másik végében is érződik)

Állapotjelzők Azokat a fizikai mennyiségeket nevezzük így, amelyekkel egy adott gáz állapota megadható. neve jele mértékegysége nyomás (p) [Pa] térfogat (V) [m3] hőmérséklet (T) [K] mólszám (n)

Állapotjelzők csoportosítása 1. Összeadódó (extenzív) tömeg (m) térfogat (V) 2. Kiegyenlítődő (intenzív) hőmérséklet (T) nyomás (p)

Nyomás (TK. 142. old.) A nyomóerő és a nyomott felület hányadosa. definíciója: Jele: p mértékegysége: (pascal) ahol A a nyomott felület

Hőmérséklet A hőmérséklet jellemzésére különböző hőmérsékleti skálákat alkalmaznak, amelyek két alappontja a víz olvadás - és forráspontja. Leggyakrabban a Celsius-skálát használják. Kelvin-skála Celsius-skála A fizikában a Kelvin-skála használatos (SI-alapegység). E kettő beosztása egyforma, csak a 0 pontjuk tér el: 0°C = 273,16 K. T= t + 273

Ideális gázok állapotegyenlete A gázok állapotjelzői közötti kapcsolatot adja meg. valamint Az állandók értékei a függvénytáblázat 137. oldalán találhatók.

Az állapotegyenletet tehát többféle alakban adhatjuk meg.

Az általános gáztörvény Állandó tömegű gáznak, ha egy folyamatban változik a térfogata, nyomása és hőmérséklete, akkor

Ha a gáz állapotjelzői megváltoznak, akkor az általános gáztörvény alapján a következő kapcsolat érvényes

Speciális állapotváltozások Izotermikus állapotváltozás T= állandó Izobár állapotváltozás p = állandó Izochor állapotváltozás V = állandó

Izotermikus állapotváltozás A zárt térben lévő állandó tömegű és állandó hőmérsékletű gáz nyomása és térfogata fordítottan arányos. Boyle-Mariotte törvénye Robert Boyle 1627-1691 Edmé Mariotte 1620-1684

Izobár állapotváltozás A zárt térben lévő állandó tömegű és állandó nyomású gáz térfogata és hőmérséklete egyenesen arányos. Gay-Lussac I. törvénye

Izochor állapotváltozás Gay-Lussac II. törvénye A zárt térben lévő állandó tömegű és állandó térfogatú gáz nyomása és hőmérséklete egyenesen arányos. Luis Joseph Gay-Lussac 1778-1850

A jele Q, mértékegysége a J (joule). Belső energia Egy rendszer belső energiáját az alkotó részecskék mozgási energiájának és a ré-szecskék közötti kölcsönhatásból származó potenciális energiák teljes összegeként hatá-rozhatjuk meg. A jele Q, mértékegysége a J (joule).

Termikus kölcsönhatás Ha két különböző hőmérsékletű test érintkezik, akkor hőmérséklet-kiegyenlítődés történik. A melegebb test hőt ad le, a hidegebb pedig hőt vesz fel.

A hőtan főtételei főtétel: II. főtétel: Egy test belső energiájának változása egyenlő a testnek hőközléssel átadott energia és a testen végzett munka összegével. II. főtétel: A hő magától csak a melegebb helyről a hidegebbre mehet át: a természetben a spontán folyamatok iránya olyan, hogy a hőmérséklet-különbségek kiegyenlítődnek.

Hőkapacitás A hőmennyiség megváltozása egyenesen arányos hőmérséklet -változással. A hőkapacitás olyan anyagjellemző, amelynek értékét általában kísérleti úton határozzák meg. a hőmennyiség megváltozása hőkapcítás hőmérséklet -változás

Fajhőnek nevezzük az alábbi mennyiséget. hőkapcítás fajhő tömeg Megkülönböztetünk állandó térfogaton vett fajhőt cV és állandó nyomáson vett fajhőt cp.

Mólhő Mólnyi mennyiségű vegyület vagy elem 1 K-al való felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség. hőkapcítás mólhő moláris tömeg

A gázok állapotváltozásai az I. főtétel alapján Izotermikus állapotváltozás során a gázzal közölt hőmennyiség (Q) teljes egészében a környezetnek adódik át mechanikai munkavégzés (W) formájában, illetve a gázon végzett mechanikai munka számértéke megegyezik azzal a hőmennyiséggel, amelyet a gáz az állapotváltozás során a környezetének lead. mivel T= állandó  T = 0  Q = cmT = 0 ezért U = W = - pV

Az Izobár állapotváltozás (p = áll.) során a térfogati munka értéke: W = - pV = - p(V2 - V1) Az első főtétel ezen állapotváltozásra érvényes alakja a következő:

Izochor állapotváltozás (V = áll.) A folyamat során a gáz térfogati munkát nem végez, a gáz belső energiájának megváltozása éppen egyenlő a gázzal közölt hőmennyiség értékével:

Adiabatikus állapotváltozás (Q = áll.) A folyamat akkor adiabatikus, ha nincs hőcsere a gáz és környezete között. (Q = 0) Ez kétféle módon valósulhat meg: A gázt elszigeteljük a környezetétől. A folyamat olyan gyorsan zajlik le, hogy nincs idő a hőcserére.

Adiabatikus állapotváltozás ábrázolása 2 p2 T2 1 p1 T1 v v2 v1

Az első főtételben szereplő mennyiségek közül a közölt hőmennyiség (Q) értéke zérus, vagyis a gáz által végzett térfogati munka (W) éppen egyenlő a gáz belső energiájának megváltozásával, vagyis U = W