Совет 1: Как вычислить объем газа

Газ, как и вещества, находящиеся в других агрегатных состояниях, имеет ряд параметров, в число которых входит и объем. Объем газа находится на основании других его характеристик, которые приведены в условии задачи. Любой газ, независимо от вида и состава, имеет объем, который и требуется найти во многих задачах.
Инструкция
1
Газ, независимо от его состава, имеет три основных параметра: массу, объем и плотность. В большинстве задач оперируют так называемым идеальным газом, поэтому опираться в них необходимо лишь на приведенные в условии значения массы, давления, температуры. Например, в условии задачи может быть указан газ азот N2 с температурой в 60 градусов, давлением в 30 кПа и массой в 0,05 г. Зная эти три параметра и состав газа, по уравнению Менделеева-Клапейрона можно найти его объем. Для этого необходимо переделать данное уравнение следующим образом:

pV=mRT/M.

Осуществив дальнейшее преобразование формулы, найдите объем азота:

V =mRT/pM.

При этом молярную массу M можно найти по таблице Д.И. Менделеева. У азота она равна 12 г/моль. Тогда:

V=0,05*12*8,31*333/30*12≈4,61.
2
Если известны объем при нормальных условиях, а объем при других условиях является искомым, примените законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:

pV/T=pнVн/Tн.

В таком случае преобразуйте формулу следующим образом:

pV*Tн=pнVн*T.

Отсюда объем V равен:

V=pнVн*T/p*Tн.

Индекс н означает величину того или иного параметра при нормальных условиях.
3
Если рассматривать объем газа с точки зрения термодинамики, можно заметить, что на газы могут действовать силы, за счет которых меняется объем. При этом давление газа постоянно, что характерно для изобарных процессов. В ходе таких процессов объем изменяется с одной величины на другую. Их можно обозначить как V1 и V2. В условиях ряда задач описывается некоторый газ, находящийся под поршнем в сосуде. При расширении этого газа поршень передвигается на некоторое расстояние dl, в результате чего осуществляется работа:

A=pdV=p(V2 -V1).

Эта формула связывает изменение объема газа и работу. Как известно, если дан конечный объем V2, то можно найти начальный объем V1:

V1=pV2-A/p.
4
Наконец, наиболее просто найти объем газа, исходя из двух других физических параметров - массы и плотности. Если в условиях задан газ с некоторой плотностью и массой, то его объем следует вычислять по формуле:

V=m/ρ.

У каждого газа имеется определенная плотность, как и у любого твердого или жидкого вещества. Поэтому, находя объем газа, в первую очередь необходимо учитывать именно этот параметр.

Совет 2: Как найти работу газа

Работа газа осуществляется при изменении его объема. Именно при изменении объема газа приходят в движение узлы тепловых двигателей, будь то двигатель внутреннего сгорания или пуля в стволе ружья. При различных процессах работа газа вычисляется по-разному.
Вам понадобится
  • - манометр;
  • - термометр.
Инструкция
1
Если работа газа осуществляется при изобарном процессе (при постоянном давлении), то для того чтобы найти работу газа с помощью манометра, измерьте давление газа. После этого замерьте его объем перед выполнением работы и после. Найдите изменение объема газа, отняв от конечного значения начальное. После этого найдите произведение давления газа на изменение его объема. Это и будет работа газа при постоянном давлении A=p•ΔV.
2
Для идеального газа вычислить работу при постоянном давлении можно, применив уравнение Клапейрона-Менделеева. Найдите работу газа, умножив его массу на число 8,31 (универсальную газовую постоянную) и изменение температуры при выполнении работы. Результат поделите на молярную массу газа A=m•R•ΔT/M. При расчетах учитывайте то, что если работа выполняется газом (он расширяется), то она положительна. Если же работа выполняется над газом (его сжимают сторонние силы), то работа отрицательна.
3
Если работа выполняет при изотермическом расширении (когда температура постоянна), узнайте изменение объема газа и значение его температуры. Для того чтобы найти работу газа, умножьте его массу на число 8,31 (универсальную газовую постоянную) и температуру при выполнении работы. Результат поделите на молярную массу газа. Получившееся число умножьте на логарифм натуральный из отношения конечного и начального объемов газа A=m•R•T•ln(V2/V1)/M.
4
В общем случае, чтобы найти работу газа возьмите интеграл из функции давления по объему. Границы интеграла – от начального до конечного объема ∫pdV. Если есть график газового процесса в координатах (V,p), как правило, он представляет собой прямую линию, найдите площадь трапеции ограниченной по бокам линиями перпендикулярными оси Vв точках V1 и V2, снизу осью V, а сверху графиком функции. В более сложных случаях ищется площадь криволинейной трапеции.
Полезный совет
Если объем газа не изменяется, работа им не выполняется.
Источники:
  • как изменяется объем газа

Совет 3: Как вычислить объем вещества

Объем - это количественная характеристика, указывающая, какое именно пространство занимает то или иное вещество (тело). В системе СИ объем измеряется в кубических метрах. Как же можно найти объем какого-нибудь вещества?
Инструкция
1
Проще всего – если вам известна точная масса этого вещества (М) и его плотность (ρ). Тогда объем находится в одно действие, по формуле:

V = M/ρ.
2
Можете воспользоваться методом, открытым еще в глубокой древности великим ученым Архимедом. Наверняка вам известна история, как сиракузский царь Гиерон, заподозрив своего ювелира в мошенничестве, приказал Архимеду определить, из чистого ли золота сделана его корона или же в сплав подмешаны дешевые примеси. Казалось бы, все просто: известна точная масса короны, известна плотность чистого золота. Но перед ученым встала задача: как определить объем короны, если она очень сложна по форме? Архимед блестяще решил ее, взвесив корону сначала в воздухе, а потом в воде.
3
Разница в весе – так называемая «выталкивающая сила», равная весу воды в объеме короны. Ну а зная плотность воды, определить объем несложно. Действуя по аналогии, можно определить объем любого твердого вещества, разумеется, если оно не растворяется в воде и тем более не вступает с ней в реакцию.
4
Если вы имеете дело с газом, находящимся при условиях, близких к нормальным, то определить его объем очень просто. Надо лишь запомнить, что один моль любого газа при таких условиях занимает объем, равный 22,4 литра. Далее можно производить вычисления, исходя из данных вам условий.
5
Например, надо определить, какой объем занимает 200 грамм чистого азота? Прежде всего вспомните формулу молекулы азота (N2) и атомный вес азота (14). Следовательно, молярный вес азота: 28 грамм/моль. То есть в 22,4 литра содержалось бы 28 грамм этого газа. А сколько будет его в 200 граммах? Вычислите: 200х28/22,4 = 250 грамм.
6
Ну, а как найти объем газа, если он находится не при нормальных условиях? Тут вам придет на помощь уравнение Менделеева-Клапейрона. Хоть оно выведено для модели «идеального газа», вы вполне можете им воспользоваться.
7
Зная такие необходимые вам параметры, как давление газа, его массу и температуру, вы вычислите объем по формуле:

V = MRT / mP, где R – универсальная газовая постоянная, равная 8,31, m – молярная масса газа.
Полезный совет
Переведите все величины в одну систему, иначе получится бессмыслица.

Совет 4: Как изменяется температура газа при расширении

Зависимость температуры газа от изменения объема объясняется, прежде всего, изначальным физическим смыслом самого понятия температуры, которое связано с интенсивностью движения частиц газа.

Физика температуры



Из курса молекулярной физики известно, что температура тела, несмотря на то что она является макроскопической величиной, связана, в первую очередь, с внутренним строением тела. Как известно, частицы любого вещества находятся в постоянном движении. Вид данного движения зависит от агрегатного состояния вещества.

Если это твердое тело, то частицы колеблются в узлах кристаллической решетки, а если это газ, то частицы свободно перемещаются в объеме вещества, соударяясь друг с другом. Температура вещества пропорциональна интенсивности движения. С точки зрения физики, это означает, что температура прямо пропорциональна кинетической энергии частиц вещества, которая, в свою очередь, определяется величиной скорости движения частиц и их массой.

Чем больше температура тела, тем больше средняя кинетическая энергия частиц. Этот факт отражается в формуле для кинетической энергии идеального газа, равной произведению концентрации частиц, постоянной Больцмана и температуры.

Влияние объема на температуру



Представьте себе внутреннее строение газа. Газ можно считать идеальным, что означает абсолютную упругость столкновений молекул друг с другом. Газ имеет определенную температуру, то есть определенную величину кинетической энергии частиц. Каждая частица ударяется не только с другой частицей, но и со стенкой сосуда, ограничивающего объем вещества.

Если объем газа увеличивается, то есть газ расширяется, то количество столкновений частиц со стенками сосуда и друг с другом уменьшается из-за увеличения свободного пробега каждой молекулы. Уменьшение количества столкновений ведет к спаду давления газа, однако общая средняя кинетическая энергия вещества не меняется, ибо процесс соударения частиц никак не влияет ее величину. Таким образом, при расширении идеального газа температура не изменяется. Данный процесс называется изотермическим, то есть процессом с постоянной температурой.

Обратите внимание, что данный эффект постоянства температуры при расширении газа основан на предположении его идеальности, а также на том, что при соударении частиц со стенками сосуда частицы не теряют энергию. Если же газ не идеальный, то при его расширении уменьшается количество столкновений, приводящих к потере энергии, спад температуры становится менее резким. Практически данная ситуации соответствует термостатированию вещества газа, при котором снижаются энергетические потери, вызывающие уменьшение температуры.
Видео по теме
Поиск
Совет полезен?
Добавить комментарий к статье
Осталось символов: 500