Legile Gazului Ideal

LEGILE GAZULUI IDEAL Unul dintre cele mai uimitoare lucruri despre gaze este că, în ciuda diferențelor mari dintre proprietățile lor chimice, toate gazele mai mult sau mai puțin se supun legilor gazelor. Legile gazelor au de a face cu modul în care gazele se comportă în ceea ce privește presiunea, volumul, temperatura și cantitatea. În urma observațiilor științifice atente s-a stabilit că aceste variabile sunt legate între ele, iar valorile acestor proprietăți determină starea gazului. -

Gazele sunt cea mai simplă formă a materiei. Gazul este format dintr-un număr foarte mare de particule identice. Moleculele gazului se află în mişcare permanentă, total dezordonată; Mişcarea fiecărei molecule se supune legilor mecanicii clasice. Moleculele sunt considerate puncte materiale. Forţele intermoleculare se neglijează – moleculele se mişcă liber, traiectoriile lor fiind linii drepte. Ciocnirile dintre molecule cu pereţii vasului în care se află sunt perfect elastice.

LEGEA BOYLE-MARIOTTE Robert Boyle (1627-1691) este cunoscut ca persoana care a descoperit că volumul unui gaz scade odată cu creșterea presiunii și vice-versa. Legea Boyle-Mariotte sau legea transformării izoterme, este una din principalele legi ale gazelor și a fost enunțată de Robert Boyle în anul 1662 și de către Edme Mariotte în anul 1676. pV = C unde p este presiunea în scară absolută, iar V este volumul masei de gaz. De exemplu, avem un gaz teoretic închis într-un borcan cu un piston poziționat în partea de sus a acestuia. În starea inițială gazul are un volum egal cu 4,0 metri cubi, iar presiunea este de 1,0 kilopascali. Ținând temperatura și numărul de moli constante, se adaugă la partea superioară a pistonului greutăți pentru a crește presiunea. Când presiunea este 1,33 kilopascali volumul scade la 3,0 metri cubi. Produsul presiunii și al volumului rămâne constant (4 x 1 = 3 x 1,33).

LEGEA CHARLES & GAY LUSSAC Relația dintre temperatură și volum, la un număr constant de moli și presiune, se numește Legea Charles și Gay-Lussac în cinstea celor doi oameni de știință francezi care au investigat mai întâi această relație. Charles a făcut lucrarea originală în anul 1787 , care a fost verificată de GayLussac în anul 1802. V= constant

Să presupunem că avem un gaz teoretic închis într-un borcan cu un piston în partea de sus. În starea inițială gazul are un volum de 4,0 metri cubi, iar temperatura este de 300 grade Kelvin. Cu presiunea și numărul de moli menținute constante, arzătorul este oprit, iar gazul este lăsat să se răcească la 225 grade Kelvin. După cum se răcește gazul, volumul scade la 3,0 metri cubi. Volumul împărțit la temperatura rămâne o constantă LEGEA LUI AVOGADRO În 1811 Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro a emis așa numita "ipoteză moleculară“. Matematic, legea se exprimă astfel: V/n= a unde: V = volumul gazului; n = numărul de moli; a este o constantă. 

Numărul moleculelor dintr-un volum specific de gaz este independent de mărimea sau masa moleculelor de gaz.



Un mol de gaz ocupă aproximativ 22,4 litri (dm3) în condiții standard de temperatură și presiune. Acest volum este numit volum molar al unui gaz.



Numărul de molecule dintr-un mol de substanță este numărul lui Avogadro: aproximativ 6,023×1023 particule/mol.În consecință, densitățile diferitelor gaze sunt, în aceleași condiții de temperatură și presiune, proporționale cu masele lor moleculare. LEGEA COMBINATA A GAZELOR Legea combinată a gazelor este obținută din combinarea Legii lui Boyle și Legii Charles & GayLussac. Aceasta arată relația dintre presiune, volum și temperatură pentru o cantitate fixă de gaz. pV=k5T Aceasta poate fi scrisă și astfel: p1V1 /T1= p2V2 /T2

Adăugând la aceasta și legea lui Avogadro, legea combinată a gazelor se dezvoltă în Legea Gazului Ideal: pV=nRT

GAZUL IDEA Pentru uşurarea studiului substanţelor în stare gazoasă s-au făcut unele consideraţii care conduc la un model relativ simplu de studiu. Este vorba de aşa numitul gaz ideal, în care moleculele se consideră puncte materiale, iar forţele de interacţie dintre molecule sunt nule. 

Gazul ideal este un model teoretic de gaz, caracterizat printr-o ecuație de stare simplă din punct de vedere matematic. Este un model folosit în studiul gazului real, neglijând unele proprietăți ale acestuia și descriind cu o bună aproximație comportarea acestuia în anumite condiții;



Gazul ideal este orice gaz care se supune riguros legilor Boyle – Mariotte, Gay – Lussac şi Charles în orice condiţii de temperatură şi presiune.



Gazul ideal, aflat într-un vas, este un sistem termodinamic caracterizat de un ansamblu de mărimi fizice, care îi determină complet starea, având denumirea de parametri de stare.



Pentru gazul ideal parametrii de stare utilizați sunt:



presiunea p;



volumul V;



temperatura T si



numărul de moli ν.



Relatia dintre parametrii de stare este numita ecuatie de stare f(p,V,T,ν)=0.



Gazul ideal este un gaz, considerat ca fiind format din particule individuale aflate în mișcare aleatorie, care satisface exact următoarele două cerințe:

1. ecuația termică de stare pV=nRT Unde p este presiunea în sistem; V este volumul sistemului; n este numărul de moli (cantitatea de substanță) din sistem; R este constanta universală a gazelor (R = 8314,472 m3 Pa K-1 kmol-1); T este temperatura absolută a sistemului. 2. ecuația calorică de stare CpM – CVM = R CpM capacitățile termice molare la presiune constantă, respectiv la volum constant CVM 

Relația lui Mayer este valabilă indiferent de faptul că moleculele ar avea sau nu mișcare de rotație sau vibrație. De asemenea, toate relațiile care descriu procesele termodinamice prin

care poate trece o cantitate de gaz ideal sunt valabile indiferent dacă capacitățile termice molare CpM și CVM sunt constante sau nu în funcție de parametrii sistemului termodinamic. 

Gazul ideal are coeficientul de dilatare egal cu cel de compresibilitate.

3. ecuația transformării adiabatice 

În termodinamică, un proces adiabatic este o transformare care se petrece într-un sistem ce nu efectuează schimb de căldură cu exteriorul.



În general, un proces care se petrece destul de repede față de viteza cu care are loc schimbul de căldură, poate fi considerat adiabatic, chiar dacă izolarea termică de mediul exterior nu este perfectă (de exemplu: propagarea sunetelor prin gaze)



Transformarea adiabatică a gazului ideal poate fi descrisă de ecuația:

PVg = constant , unde P este presiunea, V este volumul unui mol (volumul molar), iar g = Cp/Cv = i+2/i Cp fiind căldura specifică la presiune constantă, Cv fiind căldura specifică la volum constant, iar g este așa-numitul indice adiabatic. 

i reprezintă numărul gradelor de libertate ale gazului. i poate fi 3 pentru gazele monoatomice, 5 pentru cele biatomice si 6 pentru celelalte gaze.



Curba ce reprezintă variația presiunii în funcție de volum pentru transformarea adiabatică se numește adiabată.

Bibliografie 

http://www.engineersedge.com/thermodynamics/ideal_gas_law.htm



Ideal gas, thefreedictionary.com, accesat 2010-07-04



Ideal Gas Law - Thermodynamics, engineersedge.com, accesat 2010-07-04



Equation of State (Ideal Gas), grc.nasa.gov, accesat 2010-07-04



de Günter Cerbe - Grundlagen der Gastechnik, München, Wien: Carl Hansen Springer, 1988, p. 30



Fundamental Physical Constants - Complete Listing, nist.gov, accesat 2010-07-02



Michael Fowler Ideal Gas Thermodynamics, virginia.edu, accesat 2010-07-04



Kuzman Ražnjević - Tabele și diagrame termodinamice, București: Editura Tehnică, 1978



https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/boyle.html



https://ro.wikipedia.org/wiki/Legea_lui_Avogadro



http://www.scoala9.ro/lectii-fizica/termodinamica/gazul-ideal-teoria-cinetico-moleculara



http://www.chm.davidson.edu/vce/GasLaws/BoylesLaw.html



http://www.wisegeek.org/what-is-boyles-law.htm