Идеальный газ в мкт основное уравнение мкт урок 10 класс презентация конспект
Обновлено: 30.06.2024
1. Теория №12 Идеальный газ. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов. Температура и ее измерение
Древние считали газ неуловимой формой
тела, представляющего собой нечто среднее
между веществом и духом. Новые взгляды на
газ потрясли мир в XVIIв. Первому из
исследованных газов – воздуху – были
приданы свойства вещества
2. Цели занятия:
1. Иметь представление о идеальном
газе, как физической модели.
2. Понимать и перечислять, от каких
величин зависит давление газа на
стенки сосуда.
3. Написать основное уравнение МКТ.
4. Указывать, как влияют изменения
величин, входящих в основное
уравнение МКТ, на изменение давления
газа.
3. Установите соответствие:
1. Молекулы движутся с огромными
скоростями.
2. Тела сохраняют форму и объем.
3. Атомы колеблются около
положения равновесия.
4.Расстояние между молекулами
превышает размер молекул.
5.Молекулы колеблются, периодически перескакивая на новое
место.
6. Тела сохраняют форму, но не
сохраняют объем.
Ответы: 1-В
2-А
3-А
4-В
А. Твердые
тела.
Б. Жидкости.
В. Газы.
5-Б
6-Б
ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ
Известно, что частицы в газах, в отличие от
жидкостей и твердых тел, располагаются друг
относительно друга на расстояниях,
существенно превышающих их собственные
размеры. В этом случае взаимодействие
между молекулами пренебрежимо мало и
кинетическая энергия молекул много больше
энергии межмолекулярного взаимодействия.
Для выяснения наиболее общих свойств,
присущих всем газам, используют упрощенную
модель реальных газов идеальный газ
Идеальный газ
(модель)
Реальный газ
1. Совокупность большого числа
молекул массой m0, размерами
молекул пренебрегают (принимают
молекулы за материальные точки).
2. Молекулы находятся на больших
расстояниях друг от друга и
движутся хаотически.
3. Молекулы взаимодействуют по
законам упругих столкновений ,
силами притяжения между
молекулами пренебрегают.
4. Скорости молекул разнообразны,
но при определенной температуре
средняя скорость молекул остается
постоянной.
1. Молекулы реального газа не
являются точечными
образованиями, диаметры
молекул лишь в десятки раз
меньше расстояний между
молекулами.
2. Молекулы не взаимодействуют по законам
упругих столкновений.
6. Идеальный газ – газ, молекулы которого представляют собой материальные точки, а их взаимодействие носит характер абсолютно
упругого удара
Идеальный газ –
физическая модель
реального газа
Модели идеального газа
соответствует реальный
газ находящийся под
низким давлением и при
высокой температуре
Воздух при нормальных условиях можно приближенно считать
идеальным газом
Свойства идеального газа
1. Суммарный
объем молекул по
сравнению с объемом, занимаемым
газом, пренебрежимо мал.
2. Молекулы представляют собой упругие
шарики
3. Внутренняя энергия газа определяется
лишь кинетической энергией.
9. Зависимость давления идеального газа от:
Основное уравнение МКТ идеального газа.
Масса
Скорость движения
молекул [м/с]
молекулы [кг]
Давление
газа [Па]
Концентрация
3
молекул [ м ]
15. Основное уравнение кинетической теории идеального газа или уравнение Клаузиуса
16. Закон Дальтона
Давление смеси газов равно сумме
их парциальных давлений
p p1 p2 p3 . pN
Парциальное давление
газа – давление,
которое бы оказывал газ на
стенки сосуда,
находясь в нем один
Если в сосуде содержится несколько газов, то каждый газ
занимает объем, равный объему сосуда, и все газы имеют
одинаковую температуру
17. ТЕПЛОВОЕ РАВНОВЕСИЕ
• Тепловое равновесие – это
такое состояние системы тел,
находящихся в тепловом
контакте, при котором не
происходит теплопередачи от
одного тела к другому, и все
макроскопические параметры
тел остаются неизменными.
18. ТЕМПЕРАТУРА
При тепловом равновесии в системе не меняются
объем и давление, не изменяются агрегатные
состояния вещества, концентрации веществ. Но
микроскопические процессы внутри тела не
прекращаются и при тепловом равновесии:
меняются положения молекул, их скорости при
столкновениях. В системе тел, находящейся в
состоянии термодинамического равновесия,
объемы и давления могут быть различными, а
температуры обязательно одинаковы. Таким
образом, температура характеризует состояние
термодинамического равновесия изолированной
системы тел.
19. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
• Для измерения температуры служат
специальные приборы - термометры.
Их действие основано на том факте,
что при изменении температуры,
изменяются и другие физические
параметры тела, например, такие, как
давление и объем.
20. ШКАЛА ТЕРМОМЕТРА
Шкала Цельсия:
0 оС - точка таяния льда
100 оС - точка кипения воды
- 273 оС - самая низкая
температура в природе
22. ГАЗОВЫЙ ТЕРМОМЕТР
Особое место в физике занимают газовые
термометры, в которых термометрическим
веществом является разреженный газ (гелий,
воздух) в сосуде неизменного объема, а
термометрической величиной – давление газа p.
Опыт показывает, что давление газа (при
V = const) растет с ростом температуры,
измеренной по шкале Цельсия.
23. Зависимость давления газа от температуры при V = const.
24. ШКАЛА КЕЛЬВИНА
• Английский физик У. Кельвин в 1848 г. предложил
использовать точку нулевого давления газа для
построения новой температурной шкалы (шкала
Кельвина). В этой шкале единица измерения
температуры такая же, как и в шкале Цельсия, но нулевая
точка сдвинута:
T = t + 273
• В системе СИ принято единицу измерения температуры
по шкале Кельвина называть кельвином и обозначать
буквой K. Например, комнатная температура t = 20 °С по
шкале Кельвина равна T = 293 К.
• Температурная шкала Кельвина называется
абсолютной шкалой температур. Она оказывается
наиболее удобной при построении физических теорий.
25. СРАВНЕНИЕ ШКАЛ ЦЕЛЬСИЯ И КЕЛЬВИНА
26. АБСОЛЮТНЫЙ НОЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ
– предельная температура, при
которой давление идеального
газа обращается в ноль при
данном объеме или объём
идеального газа стремится к
нулю при неизменном давлении
27. ТЕМПЕРАТУРА – МЕРА КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ МОЛЕКУЛ
ТЕМПЕРАТУРА – МЕРА
КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
МОЛЕКУЛ
Средняя кинетическая энергия движения молекул
пропорциональна абсолютной температуре
3
E kT
2
средняя кинетическая энергия поступательного
движения молекулы не зависит от ее массы.
Броуновская частица, взвешенная в жидкости или газе,
обладает такой же средней кинетической энергией, как
и отдельная молекула, масса которой на много
порядков меньше массы броуновской частицы.
28. ТЕМПЕРАТУРА И ДАВЛЕНИЕ
р = nkT
– 23 Дж/К - постоянная
k = 1,38·10
Больцмана
Следствия:
1. при одинаковых давлениях и
температурах концентрация молекул
у всех газов одинакова
2. для смеси двух газов давление равно
р = р1 + р2
29. Как изменится давление газа на стенки сосуда, если:
масса молекулы увеличится в 3 раза
концентрация молекул уменьшится в 4 раза
скорость движения молекул увеличится в 2 раза
объем увеличится в 5 раз
масса молекулы уменьшится в 4 раза, а
концентрация увеличится в 2 раза
• масса молекулы увеличится в 2 раза, а скорость
движения молекул увеличится в 3 раза
• концентрация молекул увеличится в 3 раза,
скорость движения молекул уменьшится в 3 раза
30. Связь давления со средней кинетической энергией
m0 V
Е
2
2
Средняя кинетическая
энергия
поступательного
движения молекулы
m
V
2
2
1
0
2
n
P m0 nV nE
3
2
2
3
2
Связь давления с плотностью газа.
m0 n
Концентрация
молекул
Масса молекулы
Плотность газа
1
P
3
m0 n V
2
33. Задача.
• №468 Каково давление азота, если средняя
квадратичная скорость его молекул 500 м/с, а его
3
плотность 1,35 кг / м ?
подсказка
решение
•№469 Какова средняя квадратическая скорость
движения молекул газа, если имея массу 6 кг, он
3
занимает объем 5 м при давлении 200кПа?
подсказка
решение
Дано :
Решение:
V 500 м / с
1,35кг / м
Найти :
Р ?
3
1
2
P V
3
1
2
P 1,35 500
3
112500 Па
112,5кПа
Ответ: 112,5кПа
36. Сначала найдите плотность газа по формуле:
Решение:
Дано :
6
m
5
V
3
1, 2 кг / м
m 6кг
V 5м
3
P 2 10 Па
5
Найти :
V=?
V=
3P
3 2 10
1, 2
707 м / с
Ответ: 707 м/с
5
38. 3. Какова энергия теплового движения молекулы кислорода при температурах 60ºС и молекулы азота при – 60ºС?
• Дано:
Решение
t1 = 60ºC
Т1 = 60 + 273 = 333К
t2 = - 60ºC
Т2 = - 60 +273 = 213К
E1 - ?
Е = 1,5кТ
– 21
E2 - ?
Е1 = 1,5·1,38·10ˉ²³·333 = 6,9·10
– 21
Дж
Е2 = 1,5·1,38·10ˉ²³·213 = 4,4·10 Дж
39. Домашнее задание
• Конспект занятия!
• 1.Какова концентрация молекул газа
при нормальных условиях?
( температура 0ºС и давление 100кПа)
• 2.Определите концентрацию n молекул
азота при давлении p=40 кПа, если
средняя квадратичная скорость его
молекул =1,8·103 м/с.
3) при столкновениях молекулы идеального газа ведут себя как абсолютно упругие шарики.
Макроскопические параметры состояния идеального газа —
физические величины, которые характеризуют некоторое количество идеального газа как макроскопическую систему ().
Микроскопические параметры состояния идеального газа —
физические величины, которые относятся к индивидуальным характеристикам молекул ().
Основная задача молекулярно-кинетической теории
Установить связь между макроскопическими и микроскопическими параметрами вещества и, исходя из этого, определить уравнение состояния этого вещества.
Термодинамическое равновесие идеального газа —
состояние газа, в котором все его макроскопические параметры остаются неизменными во времени по всему объёму.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Физика 10 класс урок 27 12.12.17
Тема: Идеальный газ. Основное уравнение МКТ
Задачи урока :
сформировать представление о структуре и содержании новой физической теории;
организовать усвоение основных положений МКТ;
формирование умений описывать тепловые явления на молекулярно кинетических представлениях о строении вещества;
формировать мотивацию постановкой проблем и познавательных задач, раскрытием связи опыта и теории;
формировать умение анализировать факты при наблюдении явлений;
способствовать воспитанию познавательного интереса к физике, материалистического мировоззрения учащихся.
Организационный момент урока.
Что такое молекулярно-кинетическая теория? Сформулируйте ее основные положения.
Какие наблюдения и эксперименты подтверждают основные положения молекулярно-кинетической теории?
Что называют броуновским движением? Каковы его особенности?
О чем свидетельствует броуновское движение?
Что называют диффузией? Приведите примеры диффузии в газах, жидкостях и твердых телах.
От чего зависит скорость диффузии? О чем свидетельствует явление диффузии?
Изучение нового материала.
1. Макроскопические параметры. Идеальный газ.
Состояние газа (так же как жидкости и твердого тела) может быть описано и без рассмотрения молекулярного строения вещества. Это делают с помощью макроскопических величин, совокупность которых однозначно определяет состояние системы. Такие величины называют параметрами состояния (или термодинамическими параметрами). Параметрами состояния любой системы являются ее объем, давление и температура. Если в каком-либо процессе изменяется хотя бы один из параметров состояния системы, то и само состояние системы становится другим.
Величины, характеризующие состояние макроскопических тел без учета их внутреннего строения называются макроскопическими параметрами.
Идеальный газ – это модель реального газа, которая обладает следующими свойствами:
Молекулы пренебрежимо малы по сравнению со средним расстоянием между ними.
Молекулы ведут себя подобно маленьким твердым шарикам: они упруго сталкиваются между собой и со стенками сосуда, никаких других взаимодействий между ними нет.
Молекулы находятся в непрекращающемся хаотическом движении.
Все газы при не слишком высоких давлениях и при не слишком низких температурах близки по своим свойствам к идеальному газу. При высоких давлениях молекулы газа настолько сближаются, что пренебрегать их собственными размерами нельзя. При понижении температуры кинетическая энергия молекул уменьшается и становится сравнимой с их потенциальной энергией, следовательно, при низких температурах пренебрегать потенциальной энергией нельзя.
При высоких давлениях и низких температурах газ не может считаться идеальным. Такой газ называют реальным. (Поведение реального газа описывается законами, отличающимися от законов идеального газа.)
2. Давление газа. Основное уравнение МКТ газа.
Давление газа определяется столкновением молекул газа со стенками сосуда.
В СИ за единицу давления принимают 1 Па.
Давление, при котором на площадь 1 м 2 действует сила давления в 1 Н, называется Паскалем.
1мм.рт.ст. = 133 Па
Одной из основных задач молекулярно-кинетической теории газа является установление количественных соотношений между макроскопическими параметрами, характеризующими состояние газа (давлением, температурой), и величинами, характеризующими хаотическое тепловое движение молекул газа (скоростью молекул, их кинетической энергией). Одним из таких соотношений является зависимость между давлением идеального газа и средней кинетической энергией поступательного движения его молекул. Эту зависимость называют основным уравнением молекулярно-кинетической теории идеального газа:
или
где р — давление газа; n — концентрация молекул газа (число его молекул в единичном объеме): m 0 — масса молекулы газа, — средняя квадратичная скорость движения газовых молекул; —средняя квадратичная энергия поступательного движения молекул идеального газа.
Давление идеального газа пропорционально средней кинетической энергии поступательного движения молекул и концентрации молекул.
Это давление тем больше, чем больше средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул.
Средней квадратической скоростью называют величину, равную корню квадратному из среднего арифметического значения квадратов скоростей N молекул газа:
Средней кинетической энергией поступательного движения молекул идеального газа называют величину
С учетом основного уравнения МКТ имеем:
Из этой формулы видно, что средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул газа пропорциональна абсолютной температуре.
10В этой формуле k=1,38 -23 Дж/К – постоянная Больцмана.
Давление газа зависит от концентрации молекул. Эта зависимость выражается формулой:
Давление газа не зависит от его природы, а определяется только концентрацией молекул и температурой газа.
Численное значение средней квадратичной скорости получим из формулы
, т.к. , то
При одинаковых давлениях и температурах концентрация молекул всех газов одинакова. В частности, при нормальных условиях
n = N л 10= 2,7 25 м- 3 .
Величину N л называют числом Лошмидта, оно равно количеству молекул идеального газа, содержащихся в 1 м 3 газа при нормальных условиях.
6.Закрепление материала:
А) Вопросы для фронтального опроса:
Что такое макроскопические параметры?
Какой газ называют идеальным? Что является моделью идеального газа?
При каких условиях газ по своим свойствам близок к идеальному? При каких условиях и почему газ не может считаться идеальным?
Что называют абсолютным нулем температуры? Каков физический смысл этого понятия с точки зрения молекулярно-кинетической теории?
Чему равно давление идеального газа на стенки камеры при абсолютном нуле температуры?
Б) Решение количественных задач:
Задача №1.
Найти концентрацию молекул кислорода, если его давление 0,2 МПа, а средняя квадратичная скорость молекул равна 700 м/с.
После того как вы поделитесь материалом внизу появится ссылка для скачивания.
Подписи к слайдам:
Идеальный газ. Параметры состояния газа Древние считали газ неуловимой формой тела, представляющего собой нечто среднее между веществом и духом. Новые взгляды на газ потрясли мир в XVIIв. Первому из исследованных газов – воздуху – были приданы свойства вещества
Параметры состояния – определенные величины, описывающие состояние газа
Макроскопические параметры – параметры , характеризующие газ в целом как физическое тело
Характеристики самих молекул газа (масса, размеры, скорость, импульс, энергия частиц)
Макроскопические – параметры, которые можно измерить с помощью приборов.
Микроскопические – параметры, которые измеряются косвенным путем.
Идеальный газ – газ, молекулы которого представляют собой материальные точки, а их взаимодействие носит характер абсолютно упругого удара Модели идеального газа соответствует реальный газ находящийся под низким давлением и при высокой температуре
Идеальный газ – физическая модель реального газа
Воздух при нормальных условиях можно приближенно считать идеальным газом
Идеальный газ Идеальный газ (модель) 1. Совокупность большого числа молекул, размерами которых можно пренебречь (принимают молекулы за материальные точки). 2. Молекулы находятся на больших расстояниях друг от друга и движутся хаотически ( все направления движения молекул равноправны ) . 3. Молекулы взаимодействуют по законам упругих столкновений , силами притяжения между молекулами пренебрегают. 4. Скорости молекул разнообразны, но при определенной температуре средняя скорость молекул остается постоянной. 5. Все соударения молекул являются абсолютно упругими
1. Молекулы реального газа не являются точечными образованиями, диаметры молекул лишь в десятки раз меньше расстояний между молекулами.
2. Молекулы не взаимодействуют по законам упругих столкновений.
Свойства идеального газа
1. Суммарный объем молекул по сравнению с объемом, занимаемым газом, пренебрежимо мал.
2. Молекулы представляют собой упругие шарики
3. Внутренняя энергия газа определяется лишь кинетической энергией.
Макропараметры идеального газа
- Давление
- Температура
- Объем
Давление идеального газа
Установление связи между микро- и макропараметрами N – число молекул газа - средняя квадратичная скорость хаотически движущихся частиц - средний квадрат скорости - число молекул, движущихся вдоль каждой из трех осей туда и обратно - число молекул, движущихся в направлении оси ОХ к стенке По III закону Ньютона сама стенка S после удара получит импульс
Изменение импульса для
Импульс стенки при ударе всех молекул
Изменение импульса стенки
Основное уравнение МКТ идеального газа.
Давление газа [Па]
Средний квадрат скорости движения молекул [м/с]
Основное уравнение кинетической теории идеального газа или уравнение Клаузиуса Закон Дальтона Давление смеси газов равно сумме их парциальных давлений
Парциальное давление газа – давление,
которое бы оказывал газ на стенки сосуда,
находясь в нем один
Если в сосуде содержится несколько газов, то каждый газ занимает объем, равный объему сосуда, и все газы имеют одинаковую температуру
Читайте также: