منو
 صفحه های تصادفی
مرزه
کارل ساگان
جناده بن کعب و شهادت در کربلا
رشته زبان روسی
اعتقاد و جانبازی مریدان به مرشدان
فخرالدین بن رکن‏الدین
نسبیت کلاسیک
تابش حفره سیاه
مواد فرومغناطیس
پاسخ امام علی علیه السلام به معماهای پیچیده
 کاربر Online
502 کاربر online

گاز کامل

تازه کردن چاپ
علوم طبیعت > فیزیک > حرارت و ترمودینامیک > ترمودینامیک
علوم طبیعت > فیزیک > حرارت و ترمودینامیک > مکانیک سیالات
(cached)



گاز کامل گازی را گویند که تغییرات فشار ، دما و حجم آن تابع قانون گازها می‌باشد (تعریف ماکروسکوپی).
گاز کامل گازی را گویند که ذرات گاز همانند نقاط مادی بدون اثر بر یکدیگر باشند (تعریف میکروسکوپی).




نگاه اجمالی

گاز ، خوش رفتارترین ماده برای دماسنجی است زیرا نسبت فشار P یک گاز در هر دما به فشار Ptp همان گاز در نقطه سه گانه ، هنگامی که P و Ptp هر دو به سمت صفر میل می‌کنند به مقداری نزدیک می‌شود که مستقل از ماهیت گازی است. مقدار حدی این نسبت ضربدر 273.16K ، به عنوان دمای گاز کامل سیستم θ1 ، که در آن فشار گاز برابر P است تعریف شده ، دلیل این رفتار منظم را می‌توان با بررسی چگونگی وابستگی حاصلضرب PV یک گاز به چگالی یا ، اگر جرم ثابت باشد بر عکس حجم پیدا کرد. در مورد یک گاز حقیقی تنها هنگامی که فشار به سمت صفر میل می‌کند، معادله حالت بصورت PV = nRθ در می‌آید. علاوه بر این انرژی داخلی یک گاز حقیقی تابعی از فشار و دماست.

انرژی درونی گاز کامل

ظرفی را که از نظر حرارتی عایق است و دیواره‌های آن صلب هستند در نظر بگیرید. این ظرف توسط یک تیغه به دو بخش تقسیم شده است. فرض کنید که یک قسمت پر از گاز و قسمت دیگر خالی باشد اگر تیغه برداشته شود، گاز دستخوش فرآیندی موسوم به انبساط خواهد شد که در حین آن هیچ کاری انجام نمی‌گیرد و هیچ حرارتی منتقل نمی‌شود. چون φ و W هر دو صفرند، از قانون اول نتیجه می‌شود که انرژی داخلی در طی یک انبساط آزاد بدون تغییر باقی می‌ماند. انرژی داخلی یک گاز کامل عبارت است از مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل تک‌تک ذرات تشکیل دهنده گاز می‌باشد. در گاز کامل ذرات نسبت به هم فاقد انرژی پتانسیل هستند. پس تنها انرژی گاز کامل تنها مربوط به انرژی جنبشی ذرات آن می‌باشد.


-E = NK و (E = N (3/2 KT

و نیز انرژی درونی گاز کامل فقط تابع دمای مطلق گاز می‌باشد.


E0/E1 = T2/T1

تغییر انرژی درونی گاز کامل نیز چنانچه گفته شد برابر است با ΔE = W + α یعنی تغییر انرژی درونی یک دستگاه برابر است با کار و گرمای مبادله شده بین دستگاه و محیط. اما اگر دستگاه کار یا گرما دریافت کند اندازه آنها مثبت و اگر کار و گرما از دست بدهد اندازه آنها منفی خواهد بود.

ویژگی گاز کامل

چنانچه بیان شد در مورد یک گاز حقیقی ، تنها هنگامی که فشار به سمت صفر میل می‌کند، معادله حالت بصورت PV = nRθ درمی‌آید. علاوه بر این انرژی درونی یک گاز حقیقی تابعی از فشار و دماست. بهتر است در این مرحله یک گاز کامل تعریف کنیم که ویژگیهای آن در عین حال که نظیر ویژگیهای هیچیک از گازهای موجود نیست، تقریبا همان ویژگیهای یک گاز حقیقی در فشارهای پایین است. طبق تعریف در مورد یک گاز کامل معادلات زیر صادقند:


PV = nRθ ------------> (∂u/∂v)θ=0

فقط dV/dp)θ=0 ------------> Vtθ

اینکه آیا می‌توان یک گاز حقیقی را مانند یک گاز کامل مورد بررسی قرار داد یا نه؟ بستگی به قابل قبول بودن خطای ناشی از اینکار در این محاسبه معین دارد. یک گاز حقیقی در فشارهای کمتر از حدود 2 اتمسفر را می‌توان با خطایی کمتر از چند درصد همچون یک گاز کامل تلقی کرد. حتی بخار اشباع شده‌ای که با مایع خود در حال تعادل است، اگر فشار بخار کم باشد می‌توان معادله حالت گاز را با خطای اندکی بکار برد.

تعیین تجربی ظرفیتهای گرمایی

ظرفیتهای گرمایی گازها با روش الکتریکی اندازه گیری می‌شوند. برای اندازه گیری Cv گاز در داخل یک فلاسک با دیواره‌های نازک فولادی که دور آن یک سیم گرمکن پیچیده شده است قرار می‌گیرد. با برقرار کردن یک جریان الکتریکی در سیم ، مقداری گرما به گاز داده می‌شود و گرمای ویژه در حجم ثابت با اندازه گیری افزایش دمای گاز بدست می‌آید.

روش مشابهی برای اندازه گیری CP بکار می‌رود با این تفاوت که بجای محدود کردن گاز در یک حجم ثابت ، به گاز اجازه داده می‌شود که در فشار ثابت از میان یک گرماسنج که در آنجا گاز به طریق الکتریکی مقدار معلومی گرما در واحد زمان دریافت می‌دارد، جریان یابد. با استفاده از دماهای اولیه (ورودی) و نهایی (خروجی) سرعت تولید گرما و سرعت جریان گاز ، مقدار Cp محاسبه می‌شود. نتایج اینگونه اندازه گیریها بر روی گازها در فشارهای پایین (گازهای تقریبا کامل) می‌توان بصورت ساده‌ای برحسب ظرفیتهای گرمایی مولی بیان کرد.

تمام گازها

  • Cv تابعی فقط از θ است.
  • Cp فقط تابعی از θ است و بزرگتر از Cv است.
  • Cp – Cv = Const = R
  • 1 < ( تابعی فقط از = γ= Cp /Cv

گازهای تک اتمی ، مانند He ، Ne و A و بیشتر بخارهای فلزات ، مانند بخارهای Na ، Cd و Hg

  • HCv در گستره وسیعی از دما ثابت ، و تقریبا مساوی R 2/3 است.
  • HCp در گستره وسیعی از دما ثابت ، و تقریبا مساوی با R 5/2 است.
H γ در گستره وسیعی از دما ثابت و تقریبا مساوی 3/5 R است.


گازهای به اصطلاح دو اتمی دائمی مانند H2 ، D2 ، O2 ، N2 ، No و CO



  • Cv در دمای معمولی ثابت و تقریبا برابر 5/2R است و با ازدیاد دما افزایش می‌یابد.
  • Cp در دمای معمولی ثابت و تقریبا برابر 2R/7 است و با ازدیاد دما افزایش می‌یابد.
  • γ در دماهای معمولی ثابت و تقریبا مساوی 7/5 است و با ازدیاد دما کاهش می‌یابد.

گازهای چند اتمی و گازهایی که از نظر شیمیایی فعال هستند. مانند CO2 و NH3 و CH4 و CL2 و Br2


Cp و Cv و Cp/ Cv با دما نغییر می‌کنند. این تغییر برای هر گاز متفاوت است.

معادله حالت یک گاز کامل

فرضیه‌های اساسی نظریه جنبشی یک گاز کامل عبارتند از :


  • هر نمونه کوچکی از گاز شامل تعداد بسیار زیاد N مولکول است تمام مولکولهای یک نوع ماده شیمیایی مشابه‌اند. اگر m جرم هر مولکول باشد جرم کل mN است. اگر m بیانگر جرم مولکولی بر حسب کیلوگرم بر کیلومول (که قبلا به آن وزن مولکولی می‌گفتند) باشد تعداد گرم مول‌های n عبارت است از:

n = mN/m

تعداد مولکولها در هر مول گاز ، عدد آووگادرو ، NA ، خوانده می‌شود.


مول/ مولکول NA = 6.022×1023

  • فرض می‌شود که مولکولهای یک گاز کامل ، شبیه به گویهای کوچک و بیضی بوده که در حرکت دائم کاتوره‌ای هستند. در گستره دما و فشار یک گاز کامل میانگین فاصله بین مولکولهای مجاور در مقایسه با اندازه یک مولکول ، زیاد است. قطر یک مولکول در حدود 10-10×2 یا 10-10×3 است. تحت شرایط متعارفی ، میانگین فاصله مولکولها حدود 50 برابر قطر آنهاست.

  • فرض می‌شود که مولکولهای یک گاز کامل هیچ نیروی جاذبه یا دافعه بر روی مولکولهای دیگر بجز در مواردی که با یکدیگر و با یک دیواره برخورد می‌کنند، وارد نمی‌سازند. بین برخوردها مولکولها دارای حرکت مستقیم الخط یکنواخت‌اند.

  • قسمتی از دیواره که یک مولکول با آن برخورد می‌کند صاف در نظر گرفته می‌شود و برخورد کاملا کشسان فرض می‌شود. اگر W سرعت یک مولکول نزدیک شونده به یک دیواره باشد، فقط مقدار مولفه عمودی سرعت Wvertical ، در اثر برخورد به دیواره تغییر می‌کند و از به Wvertical به Wvertical- می‌رسد. این امر ، یک تغییر کلی مساوی با 2Wvertical- در سرعت به بار می‌آورد.

  • اگر هیچ میدان نیروی خارجی وجود نداشته باشد، مولکولها بطور یکنواخت در تمام ظرف توزیع می‌شوند چگالی مولکولی N/V ثابت فرض می‌شود. بطوری که در هر عنصر کوچک حجم dV ، تعداد dN مولکول وجود دارد که برابر است با:

dN = N/V.dV

عنصر بی‌نهایت dV ، در نظریه جنبشی باید دارای همان شرایط باشد که در ترمودینامیک دارد. یعنی نسبت به V کوچک باشد و در عین حال آنقدر بزرگ باشد که dN را عدد بزرگی بسازد. اگر به عنوان مثال ، 1cm3 حجم ، شامل 1013 مولکول باشد، یک میلیونیم یک سانتیمتر مکعب شامل 1013 مولکول است و شرایط یک عنصر دیفرانسیلی حجم را دارد.


  • سرعت همه مولکولها یکسان نیست. در هر لحظه بعضی از مولکولها آهسته و برخی سرعت نور دانست، از آنجا که بیشتر سرعتهای مولکولی خیلی سریع حرکت می‌کنند بطوری که گستره سرعتها را می‌توان بین صفر و سرعت نور دانست. از آنجا که بیشتر سرعتهای مولکولی خیلی پایینتر از سرعت نور هستند، هیچ خطایی در انتگرال گیری سرعت از 0 تا ∞ بوجود نمی‌آید. اگر dNV معرف تعداد مولکولهای با سرعت بین W و W + dW باشد، فرض می شود که مقدار آن ثابت باقی بماند. هر چند که مولکولها دائما در حال برخورد و تغییر هستند.

مباحث مرتبط با عنوان


تعداد بازدید ها: 108446


ارسال توضیح جدید
الزامی
big grin confused جالب cry eek evil فریاد اخم خبر lol عصبانی mr green خنثی سوال razz redface rolleyes غمگین smile surprised twisted چشمک arrow



از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..