Как качественно объяснить газовые законы на основе молекулярно-кинетической теории

Молекулярно-кинетическая теория строения вещества и газовые законы

Тела могут находиться в различных агрегатных состояниях: газообразном, жидком, твердом, в виде плазмы.

Основные положения молекулярно-кинетической теории строения вещества:

1. Молекулярное строение веществ подтверждено существованием процессов диффузии, растворения, броуновского движения и т. д.

2. Молекулы находятся на определенных расстояниях друг от друга, что доказывается возможностью сжатия, причем размеры молекул газа малы по сравнению с расстоянием между ними. При отсутствии внешних сил молекулы газа равномерно заполняют весь объем.

3. Молекулы находятся в непрерывном хаотичном движении.

4. Молекулы связаны между собой силами межмолекулярного взаимодействия - притяжения и отталкивания. Силы отталкивания на малых расстояниях превосходят силы притяжения, но убывают с увеличением расстояния между молекулами. А с некоторого расстояния r0 (радиус молекулярного действия) ими можно пренебречь. При отсутствии внешних воздействий молекулы находятся в устойчивом состоянии на расстоянии, равном 2r0 ... Данные силы имеют электромагнитную природу.

5. В любом, даже самом малом объеме газа, число молекул велико.

6. Внутреннюю энергию молекулярной системы составляет сумма кинетической энергии движения молекул, потенциальной энергии их взаимодействия и всех прочих энергий этой системы.

Газовые законы были сформулированы для равновесного состояния:

- закон Гей-Люссака - изменение объема при температуре Т, постоянном давлении: V = V0 (1 + bDТ), т. е. описываемом изобарой, где b - коэффициент объемного расширения газа;

- закон Бойля-Мариотта, который выполняется при постоянной температуре Т, имеет для 1 моля идеального газа следующий вид: p1V1 = p2V2, т. е. описывается изотермой;

- закон Шарля - изменение давления и температуры Т при постоянном объеме p = p0 (1 + aDТ), где a - термический коэффициент давления, т. е. изохорный процесс.

Уравнение состояния, введенное Клайпероном, для заданной массы газа объединяет три газовых закона, связывая между собой параметры газа.

Газовые законы справедливы приблизительно и описывают поведение почти идеальных газов при невысоких давлениях и не слишком высоких температурах.

Свойства газов зависят от типа частиц, из которых они состоят, и силы взаимодействия между частицами в них меняются в широких пределах. В целом свойства идеальных газов близки к свойствам реального газа.