Сборник задач по физике Курс лекций по физике Оптика Кинематика Теплопроводность

Лекции по физике теория газов

Возникает закономерный вопрос: какова масса одного моля вещества. Это уже зависит от самого вещества. Например, массы одного моль свинца и одного моль меди сильно различаются. Для первого это 207г, а для второго это всего лишь 63,5 г. Формула для вычисления массы вещества следующая:

- количество вещества (моль)

- молярная масса вещества (г/моль)

Массу одного моля вещества принято называть молярной массой M. Молярная масса равна произведению массы m0 одной молекулы данного вещества на постоянную Авогадро:

M = NA · m0.

m = moN = N / NamoNa = vM,

откуда количество вещества ( в молях ) равно:

v = m / M.

Молярную массу определяют из таблицы Менделеева, которая есть на форзаце каждого второго учебника по химии. Для водорода она равна 1, для углерода 12, для кальция 40 и т.д. Я надеюсь, что вы поняли, где брать значение молярной массы - массы одного моль вещества.

Молярная масса выражается в килограммах на моль (кг/моль).

Пример:


Вычислить массы метана CH4 и этана С2H6, взятых в количестве
 = 2 моль каждого.

Решение:

Молярная масса метана равна 16 г/моль, а этана С2Н6 – 30 г/моль. Отсюда:

m(CH4) = 2 моль  16 г/моль = 32 г;
m(С2Н6) = 2 моль  30 г/моль = 60 г.

Таким образом, моль - это порция вещества, содержащая одно и то же число частиц, но имеющая разную массу для разных веществ, т.к. частицы вещества (атомы и молекулы) не одинаковы по массе.

моль (3739байт)
(CH4) = (С2Н6), но m(CH4) < m(С2Н6)

Вычисление  используется практически в каждой расчетной задаче.

Для веществ, молекулы которых состоят из одного атома, часто используется термин атомная масса.

За единицу массы атомов и молекул принимается 1/12 массы атома изотопа углерода 12C (с массовым числом 12) (m одного атома 12С равна 1,99310-26кг).. Она называется атомной единицей массы (а. е. м.):

1 а. е. м. = 1,66·10–27 кг.

Эта величина почти совпадает с массой протона или нейтрона. Отношение массы атома или молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода 12C называется относительной массой. – это безразмерная величина, равная отношению средней массы атома элемента к 1/12 массы атома 12С.

Абсолютная масса атома (m) равна относительной атомной массе, умноженной на 1 а.е.м. Например, для атома водорода абсолютная масса определяется следующим образом:

m (H) = 1,0081,66110-27 кг = 1,67410-27 кг

Относительная молекулярная масса соединения (M r) – это безразмерная величина, равная отношению массы m молекулы вещества к 1/12 массы атома 12С:

Формула относительной молекулярной массы соединения (418 байт)

Относительная молекулярная масса равна сумме относительных масс атомов, входящих в состав молекулы. Например:

М r (C2H6) = 2 A r (C) + 6A r (H) = 212 + 6 = 30.

Абсолютная масса молекулы равна относительной молекулярной массе, умноженной на 1 а.е.м.

Явления переноса

До сих пор мы рассматривали исключительно равновесные системы, характеризующиеся при постоянных внешних условиях неизменностью параметров (Р, V, T, ) во времени и отсутствием в системе потоков вещества, энергии, импульса.

Однако, беспорядочность теплового движения молекул газа, непрерывные столкновения между ними приводят к постоянному перемешиванию частиц и изменению их скоростей и энергий. Если в газе существует пространственная неоднородность плотности, температуры, скорости упорядоченного перемещения отдельных слоев, то происходит самопроизвольное выравнивание этих неоднородностей. В газе возникают потоки вещества, энергии, импульса упорядоченного движения молекул.

 Эти потоки, характерные для неравновесных состояний газа, являются физической основой особых процессов, объединенных общим названием ”явления переноса ”. К этим явлениям относятся диффузия, теплопроводность и внутреннее трение. Для простоты ограничимся одномерными явлениями переноса. Систему отсчета выберем так, чтобы ось х была ориентирована в направлении переноса

3.1 Диффузия

Это перенос массы из мест с большей плотностью r к местам с меньшей плотностью.

Фик (1855 г) установил, что перенесенная масса dm через расположенную перпендикулярно направлению переноса вещества площадку dS^ за время dt

 dm= - D(dr/dx) dS^ dt, (1)

где dr/dx характеризует скорость изменения плотности r на единицу длины x, 

 D – коэффициент диффузии. 

Можно показать, что для газов . (2)

Знак минус в (1) указывает, что перенос массы при диффузии происходит в направлении убывании плотности, т. е. вдоль оси ох, если r2>r1  (dr/dx<0).

Способы изменения внутренней энергии тела. Внутреннюю энергию тела можно увеличить, совершая над ним работу. Тело, совершая работу, может уменьшить свою внутреннюю энергию. Процесс изменения внутренней энергии тела без совершения работы (телом или над ним) называется теплопередачей. Есть только два способа изменения внутренней энергии тела: совершение работы и теплопередача (теплообменом). Зная внутреннюю энергию тела нельзя сказать, каким способом оно эту энергию приобрело.
На главную