ሀሳብ ያለው ጋዝ በተለያዩ ሁኔታዎች ውስጥ የእውነተኛ ጋዞችን ባህሪ እንድታጠና የሚያስችል በፊዚክስ የተሳካ ሞዴል ነው። በዚህ ጽሑፍ ውስጥ ተስማሚ ጋዝ ምን እንደሆነ፣ ቀመሩን ሁኔታውን ምን እንደሚገልጽ እና እንዲሁም ጉልበቱ እንዴት እንደሚሰላ በዝርዝር እንመለከታለን።
ጥሩ የጋዝ ጽንሰ-ሀሳብ
ይህ ጋዝ ሲሆን መጠን በሌላቸው እና እርስ በርስ በማይገናኙ ቅንጣቶች የሚፈጠር ጋዝ ነው። በተፈጥሮ, አንድ የጋዝ ስርዓት በትክክል በትክክል የተገለጹትን ሁኔታዎች አያሟላም. ነገር ግን፣ ብዙ እውነተኛ ፈሳሽ ንጥረ ነገሮች ብዙ ተግባራዊ ችግሮችን ለመፍታት በበቂ ትክክለኛነት እነዚህን ሁኔታዎች ይቀርባሉ።
በጋዝ ሲስተም ውስጥ በቅንጦቹ መካከል ያለው ርቀት ከስፋታቸው በጣም የሚበልጥ ከሆነ እና የመስተጋብር እምቅ ኃይል ከትርጉም እና የመወዛወዝ እንቅስቃሴዎች ጉልበት በጣም ያነሰ ከሆነ ፣እንዲህ ዓይነቱ ጋዝ በትክክል እንደ ጥሩ ተደርጎ ይቆጠራል። ለምሳሌ, እንዲህ ዓይነቱ አየር, ሚቴን, የከበሩ ጋዞች በዝቅተኛ ግፊት እና ከፍተኛ ሙቀት. በሌላ በኩል, ውሃበእንፋሎት ዝቅተኛ ግፊትም ቢሆን የሞለኪውሎቹ ባህሪ በሃይድሮጂን ኢንተርሞለኩላር መስተጋብር ላይ ከፍተኛ ተጽዕኖ ስለሚያሳድር ጥሩ የጋዝ ጽንሰ-ሀሳብን አያረካም።
የሃሳባዊ ጋዝ ሁኔታ እኩልነት (ቀመር)
የሰው ልጅ ሳይንሳዊ አካሄድን በመጠቀም የጋዞችን ባህሪ ለበርካታ ምዕተ ዓመታት ሲያጠና ቆይቷል። በዚህ አካባቢ የመጀመሪያው ግኝት በ17ኛው ክፍለ ዘመን መገባደጃ ላይ በሙከራ የተገኘ የቦይል-ማሪዮት ህግ ነው። ከመቶ አመት በኋላ, ሁለት ተጨማሪ ህጎች ተገኝተዋል-ቻርለስ እና ጌይ ሉሳክ. በመጨረሻም በ19ኛው መቶ ክፍለ ዘመን መጀመሪያ ላይ አሜዴኦ አቮጋድሮ የተለያዩ ንጹህ ጋዞችን በማጥናት በአሁኑ ጊዜ የአያት ስም የተጠራበትን መርህ ቀረጸ።
ከላይ የተዘረዘሩት የሳይንስ ሊቃውንት ስኬቶች ኤሚሌ ክላፔይሮን በ1834 ዓ.ም የስቴት እኩልነትን ለሃሳባዊ ጋዝ እንዲጽፉ መርቷቸዋል። እኩልታው ይኸውና፡
P × V=n × R × T.
የተመዘገበው የእኩልነት አስፈላጊነት እንደሚከተለው ነው፡
- ኬሚካላዊ ቅንጅታቸው ምንም ይሁን ምን ለማንኛውም ተስማሚ ጋዞች እውነት ነው።
- ሶስት ዋና ዋና የቴርሞዳይናሚክስ ባህሪያትን ያገናኛል፡ የሙቀት ቲ፣ የድምጽ መጠን V እና ግፊት P.
ከላይ ያሉት ሁሉም የጋዝ ህጎች ከግዛት እኩልታ ለማግኘት ቀላል ናቸው። ለምሳሌ የፒ ቋሚ (አይሶባሪክ ሂደት) ዋጋ ካዘጋጀን የቻርለስ ህግ ከ Clapeyron ህግ በቀጥታ ይከተላል።
አለማቀፋዊው ህግ ለማንኛውም የስርዓቱ ቴርሞዳይናሚክስ መለኪያ ቀመር እንድታገኝ ይፈቅድልሃል። ለምሳሌ፣ የሃሳቡ ጋዝ መጠን ቀመር፡
V=n × R × T / P.
Molecular Kinetic Theory (MKT)
የዓለም አቀፉ የጋዝ ህግ በሙከራ ብቻ የተገኘ ቢሆንም፣ በአሁኑ ጊዜ ወደ ክላፔሮን እኩልታ የሚያመሩ በርካታ ቲዎሬቲካል አቀራረቦች አሉ። ከመካከላቸው አንዱ የ MKT ፖስታዎችን መጠቀም ነው. በእነሱ መሰረት, እያንዳንዱ የጋዝ ቅንጣት የመርከቧን ግድግዳ እስኪያገኝ ድረስ ቀጥ ባለ መንገድ ይንቀሳቀሳል. ከእሱ ጋር ፍፁም የመለጠጥ ግጭት ከተፈጠረ በኋላ፣ ከግጭቱ በፊት ያለውን የእንቅስቃሴ ሃይል ይዞ ወደ ሌላ ቀጥተኛ አቅጣጫ ይንቀሳቀሳል።
ሁሉም የጋዝ ቅንጣቶች እንደ ማክስዌል-ቦልትዝማን ስታቲስቲክስ ፍጥነቶች አሏቸው። የስርዓቱ አስፈላጊ ጥቃቅን ባህሪያት በጊዜ ውስጥ ቋሚነት ያለው አማካይ ፍጥነት ነው. ለዚህ እውነታ ምስጋና ይግባውና የስርዓቱን የሙቀት መጠን ማስላት ይቻላል. ተስማሚ ጋዝ ያለው ተዛማጅ ቀመር፡
ነው
m × v2 / 2=3/2 × kB × T.
m የንጥሉ ብዛት ባለበት፣ kB የቦልዝማን ቋሚ ነው።
ከMKT ለተመጣጣኝ ጋዝ የፍፁም ግፊት ቀመር ይከተላል። ይህን ይመስላል፡
P=N × m × v2 / (3 × V)።
N የስርአቱ ቅንጣቶች ብዛት የት ነው። ካለፈው አገላለጽ አንጻር፣ የፍፁም ግፊት ቀመርን ወደ ሁለንተናዊ ክላፔይሮን እኩልታ መተርጎም ከባድ አይደለም።
የስርዓቱ የውስጥ ሃይል
እንደ ትርጉሙ፣ ተስማሚ ጋዝ የእንቅስቃሴ ሃይል ብቻ ነው ያለው። በውስጡም የውስጥ ሃይል ነው ዩ ለሀሳባዊ ጋዝ የኢነርጂ ቀመር ዩ በማባዛት ማግኘት ይቻላል።የሁለቱም ወገኖች የአንድ ቅንጣቢ ጉልበት ጉልበት በስርዓቱ ውስጥ ባለው ቁጥራቸው N፣ ማለትም፡
N × m × v2 / 2=3/2 × kB × T × N.
ከዚያን እናገኛለን፡
U=3/2 × kB × T × N=3/2 × n × R × T.
አመክንዮአዊ መደምደሚያ አግኝተናል፡ የውስጣዊው ሃይል በቀጥታ በሲስተሙ ውስጥ ካለው ፍፁም የሙቀት መጠን ጋር ተመጣጣኝ ነው። እንደ እውነቱ ከሆነ፣ የ U የወጣው አገላለጽ የሚሰራው ለሞናቶሚክ ጋዝ ብቻ ነው፣ ምክንያቱም አተሞቹ ሶስት የትርጉም ደረጃዎች ብቻ ስላላቸው (ባለ ሶስት አቅጣጫዊ ቦታ)። ጋዙ ዲያቶሚክ ከሆነ፣ የ U ቀመር ቅጹን ይወስዳል፡
U2=5/2 × n × R × T.
ስርአቱ ፖሊቶሚክ ሞለኪውሎች ካሉት የሚከተለው አገላለጽ እውነት ነው፡
Un>2=3 × n × R × T.
የመጨረሻዎቹ ሁለት ቀመሮች እንዲሁ የመዞሪያ የነጻነት ደረጃዎችን ግምት ውስጥ ያስገባሉ።
ችግር ምሳሌ
ሁለት ሞሎች ሂሊየም በ5 ሊትር ዕቃ ውስጥ በ20 oC የሙቀት መጠን ውስጥ ናቸው። የጋዙን ግፊት እና የውስጥ ሃይል መወሰን ያስፈልጋል።
በመጀመሪያ ሁሉንም የታወቁ መጠኖች ወደ SI:
እንለውጣ።
n=2 mol;
V=0.005 ሜትር3;
T=293.15 ኪ.
የሄሊየም ግፊት የሚሰላው ከክላፔሮን ህግ የሚገኘውን ቀመር በመጠቀም ነው፡
P=n × R × T/V=2 × 8.314 × 293.15 / 0.005=974,899.64 ፓ.
የተሰላው ግፊት 9.6 ከባቢ አየር ነው። ሂሊየም ክቡር እና ሞኖቶሚክ ጋዝ ስለሆነ በዚህ ግፊት ሊሆን ይችላልተስማሚ እንደሆነ ይቆጠራል።
ለሞናቶሚክ ሃሳባዊ ጋዝ፣ የዩ ቀመር፡
U=3/2 × n × R × T.
የሙቀት እሴቶችን እና የቁስ መጠንን በመተካት የሂሊየም ሃይልን እናገኛለን፡ U=7311.7 J.
