когда применяют термин «идеальный газ», под ним понимают газ, при изучении свойств которого можно пренебречь силами взаимодействия между молекулами и объемом самих молекул.
Газовые законы термодинамики
Основными законами для идеальных газов, применяемыми в термодинамике, являются закон Бойля - Мариотта, закон Гей-Люссака, закон Шарля и закон Авогадро. Эти законы устанавливают зависимости между основными параметрами газов – давлением, объемом, температурой и молекулярной массой.
Впоследствии газовые законы, описывающие процессы в термодинамических системах с одним неизменным и двумя переменными параметрами газа, были объединены учеными Клайпероном и Менделеевым в уравнениях, описывающей процессы системы при всех переменных параметрах рабочего тела
Закон Бойля - Мариотта
Закон Бойля - Мариотта утверждает, что произведение абсолютного давления газа на его удельный объем в изотермическом процессе (при постоянной температуре) есть величина постоянная:
pv = const.
Закон Гей-Люссака
Закон Гей-Люссака гласит, что при постоянном давлении (изобарный процесс) удельный объем газообразного вещества (объем постоянной массы газа) изменяется прямо пропорционально изменению абсолютных температур:
v1/v2 = T1/T2.
Закон Шарля
Закон Шарля, который иногда называют вторым законом Гей-Люссака, заключается в том, что при неизменном удельном объеме абсолютные давления газа изменяются прямо пропорционально изменению абсолютных температур:
p1/p2 = T1/T2.
Закон Авогадро
Закон Авогадро утверждает, что все газы при одинаковом давлении и температуре содержат в равных объемах одинаковое число молекул. Из этого закона следует, что массы двух равных объемов различных газов с молекулярными массами μ1 и μ2 равны соответственно:
М1 = m1N и М2 = m2N,
где: m1 и m2 – соответственно масса одной молекулы рассматриваемых газов; N – число молекул во взятом объеме.
Массы молекул пропорциональны молекулярным массам:
m1 = zμ1; m2 = zμ2,
где z – коэффициент пропорциональности.
Тогда можно записать:
M1 = zNm1 и M2 = zNm2,
откуда получим пропорциональную зависимость:
M1/M2 = μ1/μ2.
Поскольку мы взяли равные объемы газов, то, разделив числитель и знаменатель левой части уравнения на объем, получим:
ρ1/ρ2 = μ1/μ2.
где: ρ1 и ρ2 – плотность рассматриваемых газов.
Так как удельный объем v является величиной, обратной плотности, т. е. v = 1/ρ, то можно записать полученную зависимость в следующем виде:
v1μ1 = v2μ2,
т. е. произведение удельного объема на молекулярную массу постоянно для любого газа при одинаковых условиях (давлении и температуре).
Закон Авогадро можно сформулировать и так: объем киломоля различных газов при аналогичных физических условиях одинаков.
Закон Дальтона
Рабочее тело, используемое в термодинамических установках, обычно представляет собой смесь нескольких газов. Например, в двигателях внутреннего сгорания в состав продуктов сгорания, являющихся рабочим телом, входят водород, кислород, азот, окись углерода, углекислый газ, водяные пары воды и некоторые другие газообразные вещества.
В 1801 году английский физик Джон Дальтон установил закон, согласно которому давление, оказываемое смесью равно сумме парциальных давлений отдельных газов, входящих в состав смеси.
Парциальным давлением называют давление компонента смеси, которое он создавал бы, находясь один в занимаемой смесью объеме при температуре смеси.
рсм = р1 + р2 + р3 + ... + рn = Σ рi,
Это утверждение легко доказать основываясь на выводах из закона Бойля - Маритта, рассматривая парциальные компоненты газовой по отдельности и в смеси.
Закон Дальтона применим для идеальных газов, и может быть использован для реальных газов, имеющих близкие к идеальным физические свойства и параметры
