Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
Внутренними параметрами системы называются физические величины, зависящие как от положения внешних по отношению к системе тел, так и от координат и скоростей частиц, образующих данную систему. Например, внутренними параметрами газа являются его давление и энергия, ибо они зависят от координат и скоростей движущихся молекул и от плотности газа.
6°. Параметры состояния системы, находящейся в равновесном состоянии (п. 3°), не являются независимыми. Внутренние параметры такой системы зависят только от ее внешних параметров и температуры. Равновесное состояние простой системы1 заданного химического состава и массы M определяется заданием двух параметров — объема V и температуры Т.
Уравнением состояния (термическим уравнением состояния) простой системы называется функциональная зависимость равновесного давления р в системе от объема и температуры:
P = f (VtT).
Уравнение состояния в термодинамике получается опытным путем. В статистической физике (11.1.2.2°) уравнение состояния выводится теоретически. В этом состоит взаимосвязь
1 Примером простых систем является газ в отсутствие внешних Полей. Простыми системами являются также смеси химически Однородных газов постоянного состава, химически Чистые жидкости и т. д.
118
ГЛ. И. 1. ИДЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ
статистического метода исследования (11.1.2.2°) с термодинамическим методом (11.1.2.3°).
7°. Если какой-либо из внешних параметров системы изменяется, то происходит изменение состояния термодинамической системы, называемое термодинамическим процессом. Термодинамический процесс называется равновесным {равновесный, квазистатический процесс), если система бесконечно медленно проходит непрерывный ряд бесконечно близких термодинамически равновесных состояний (11.1.3.3°). Все процессы, которые не удовлетворяют перечисленным условиям, называются неравновесными. Реальные процессы неравновесны, ибо происходят с конечной скоростью. Однако они тем ближе к равновесным, чем медленнее они происходят.
Изопроцессами называются термодинамические процессы, происходящие в системе с постоянной массой при каком-либо одном постоянном параметре состояния.
Изотермический (изотермный) процесс происходит при постоянной температуре (T = const).
Изохорический (изохорный) процесс происходит при постоянном объеме (V = const).
Изобарический (изобарный) процесс протекает при постоянном давлении (р = const).
Адиабатным (адиабатическим) процессом называется термодинамический процесс, который происходит в системе без теплообмена (11.2.2.4°) с внешними телами (см. также
11.2.5.10°).
8°. Функциями состояния называются физические величины, характеризующие состояние системы. Изменения функций состояния при термодинамических процессах не зависят от вида этих процессов. Изменение функции состояния однозначно определяется значениями параметров начального и конечного состояний системы. Простейшими функциями состояния системы являются ее внутренняя энергия U (11.2.1.2°) и энтропия S (11.4.4.2°).
§ II.1.4. Уравнение состояния идеального газа
1°. Идеальным газом называется газ, молекулы которого не взаимодействуют друг с другом на расстоянии и имеют исчезающие малые собственные размеры. У реальных газов (II.5.1.2°)
§ II.1.4. УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА
119
молекулы испытывают силы межмолекулярного взаимодействия (11.5.1.3°).
При взаимных столкновениях и соударениях со стенками сосуда молекулы газа ведут себя как абсолютно упругие шары (1.1.1.4°) с диаметром d (эффективный диаметр молекулы), зависящим от химической природы газа. Наличие эффективного диаметра d(d ~ IO-10 м) означает, что между молекулами действуют силы взаимного отталкивания (11.5.1.3°). Межмоле-кулярные силы притяжения (11.5.1.3°) быстро убывают с увеличением расстояния г между молекулами и не проявляются практически при г > rM ~ IO-0 м. При малых плотностях реальных газов средние расстояния (г) между молекулами превышают гм, и газы с хорошим приближением считаются идеальными. Водород, гелий, кислород, азот считаются идеальными при плотностях, соответствующих нормальным условиям.
2°. Для данной массы идеального газа отношение произведения численных значений давления и объема к термодинамической температуре есть величина постоянная (уравнение Клапейрона):
= C = const.
T
Числовое значение газовой постоянной С зависит от массы газа и его химического состава.
Если V — удельный объем газа (11.1.3.2°) и M — масса газа, то V = Mv и уравнение Клапейрона принимает вид
pv = = ВТ,
C
где В = — — удельная газовая постоянная, отнесенная к единице массы.
3°. Из определения моля (IX) следует, что моли различных газов содержат одинаковое число молекул — постоянная (число) Авогадро Na (IX).
Молярной массой Ji газа или любого тела называется физическая величина, равная отношению массы M газа (или любого тела) к количеству N молей, которое в нем содержится: ji = M/N.
Молярная масса прямо пропорциональна относительной массе молекул газа: Ji = IO-3 т/т0, где т — масса молекулы
