Учебное пособие для студентов, обучающихся по специальности «Биология»

Свойства газов Газообразное состояние вещества характеризуется относительно большими расстояниями между молекулами, ничтожно малыми силами притяжения и более значительными силами отталкивания. Газ, в котором среднее расстояние между молекулами значительно превышает их размеры и поэтому силами притяжения между ними, а также объемом, который они занимают, можно пренебречь, называется идеальным газом. Состояние идеального газа характеризуется макропараметрами состояния: объемом , давлением и температурой . Соотношение между ними для определенного количества вещества устанавливается на основе уравнения Менделеева — Клапейрона , где — количество вещества, измеряемое в молях, — масса газа, — молярная масса вещества (газа), — универсальная газовая постоянная, которая вычисляется на основании закона Авогадро. Макропараметры обусловлены микропроцессами — тепловыми движениями и взаимодействием молекул газа. Тепловое движение беспорядочно, поэтому микропараметры отдельных молекул (скорость, кинетическая энергия, распределение в объеме, занимаемом газом) все время меняются. Однако поскольку газ представляет систему из огромного числа однородных частиц, можно для микропараметров определить некоторые среднестатистические значения и установить связь между ними и макропараметрами системы. Такой подход к анализу явлений называется статистическим методом. На основе этого метода и было получено основное уравнение кинетической теории газов — давление идеального газа, прямо пропорционально концентрации молекул и средней кинетической энергии их хаотического поступательного движения. Из этого уравнения можно установить связь между кинетической энергией и абсолютной температурой , где — постоянная Больцмана, которую можно назвать универсальной постоянной одной молекулы. Она связывает микропараметр молекулы — энергию поступательного движения с температурой газа, т.е. характеристикой состояния совокупности огромного числа молекул. Из последней формулы следует, что абсолютная температура есть величина, прямо пропорциональная средней кинетической энергии поступательного движения его молекул: . Следовательно, средняя квадратичная скорость движения молекул . Отсюда видно, что скорости молекул газа зависят от температуры и молярной массы газа. Кроме средней квадратичной скорости для молекул данного газа можно указать также среднюю арифметическую и наиболее вероятную скорости: , . Вследствие хаотического движения и столкновений молекул между собой их скорости все время изменяются. На основе статистического метода была теоретически получена функция для распределения молекул по скоростям: . Эта функция (рис. 5) показывает относительное количество молекул, скорости которых находятся в интервале скоростей . Рис. 5 Уравнение Менделеева — Клапейрона описывает состояние идеального газа и хорошо выполняется в области средних давлений и относительно высоких температур. При низких температурах и высоких давлениях плотность газа увеличивается, расстояние между молекулами уменьшается и нельзя уже пренебрегать ни их взаимодействием, ни занимаемым ими объемом. Действие сил взаимодействия между молекулами подобно некоторому добавочному давлению , которое можно считать обратно пропорциональным квадрату молярного объема газа: , где — постоянная, зависящая от природы газа. В связи с тем, что объем, занимаемый самими молекулами, уменьшает пространство, в котором происходит их движение, объем газа должен быть уменьшен на величину , где — постоянная, зависящая от размеров молекул газа. Каждая из которых определяется экспериментально. С учетом этих поправок уравнение состояния для одного моля реального газа принимает вид, который был предложен Ван-дер-Ваальсом: . Рассмотрим вопрос о газообразной среде, окружающей Землю, — атмосфере. Плотность атмосферного воздуха убывает по мере удаления от поверхности Земли. Распределение молекул по высоте является результатом действия, с одной стороны, силы тяжести, с другой — сил взаимного отталкивания молекул в процессе теплового движения, стремящихся распределить их равномерно. Это распределение подчиняется экспоненциальному закону , где , — числа молекул в единице объема газа на уровнях и . Сила тяжести массы столба воздуха, расположенного над данным участком поверхности Земли, создает давление, которое называется атмосферным. Эта масса зависит от высоты столба воздуха и концентрации молекул газа в атмосфере. Зависимость атмосферного давления от высоты определяется барометрической формулой: . Атмосферное давление имеет большое значение в механизме легочного дыхания. При сокращении мышц и диафрагмы происходит объемное расширение грудной клетки — давление воздуха в легких становится ниже атмосферного и под действием последнего воздух входит в легкие, происходит вдох. Затем мышцы расслабляются, объем грудной клетки возвращается к исходному, давление воздуха в легких становится выше атмосферного происходит выдох. Задания для самостоятельной работы Ответьте на вопросы и решите задачи. Объясните с точки зрения молекулярно-кинетической теории наличие давления, оказываемого газом. Используя уравнение состояния идеального газа, получите законы для описания изотермического, изобарического и изохорического процессов. При каких условиях газ можно считать идеальным, реальным? Каков смысл первой и второй поправок в уравнении Ван-дер-Ваальса? Оцените относительное изменение энергии молекул воздуха, вдыхаемого при , а выдыхаемого при температуре . Воздух, содержащийся в легких после максимального выдоха, называется остаточным. Объем его равен , парциальное давление азота, входящего в состав остаточного воздуха, равно , температура . Определите массу азота в остаточном воздухе. Ответ: . Для определения температуры газа студент использовал уравнение Ван-дер-Ваальса и уравнение Менделеева — Клапейрона. Почему в обоих случаях расчеты дали одинаковый результат ?

Похожие:

	Учебное пособие по дисциплине «Биология и биоэкология» Пища как экологический фактор. Учебное пособие по дисциплине «Биология и биоэкология» для студентов, обучающихся по специальности...		Учебное пособие для студентов, обучающихся по специальности «Социально-культурный... Отчизноведение. Учебное пособие для студентов, обучающихся по специальности социально-культурный сервис и туризщм – Воронеж: вгпу,...
	Учебное пособие Москва 2014 министерство образования и науки российской федерации Учебное пособие предназначено для студентов и преподавателей исторических факультетов, обучающихся по специальности «История», а...		Учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся... Г46 Гигиена труда : учебное пособие / авт сост. Л. В. Козачук. — Балашов : Изд-во «Николаев», 2005. — 60 с
	Учебное пособие автор: панкин сергей фёдорович объем 38,54 А. Л.... Методическое сопровождение к презентации урока для учащихся 8 класса по теме “зож основа счастливого человека”		Учебное пособие А информатики и икт в школьном образовании, а также методические примеры, образцы выполнения лабораторных работ в курсе Теории и...
	Психология Учебное пособие Учебное пособие предназначено для студентов заочного отделения и обучающихся в сокращенные сроки		Учебное пособие для студентов специальности 271200 «Технология продуктов... Учебное пособие предназначено для студентов вузов, аспирантов и преподавателей, может быть полезно практическим работникам
	Особенности наблюдения за д Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности «Педиатрия». …		Учебно-методическое пособие самара 2005 удк 657 Рецензенты Учебное пособие предназначено для студентов заочного отделения Международного института рынка, обучающихся по специальности «Финансы...
	Учебное пособие по дисциплине «Теория государства и права» Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по очной, заочной формам, в том числе с использованием дистанционных технологий...		Гогунов Е. Н., Мартьянов Б. И. Г 58 Психология физического воспитания... Учебное пособие предназначено для студентов вузов, обучающихся по специальности «Физическая культура и спорт»
	Учебное пособие. / Сост Учебное пособие предназначено для студентов уровня Intermediate и Upper-Intermediate, обучающихся по специальности связи с общественностью,...		Учебно-методическое пособие Рекомендовано методической комиссией... Учебно-методическое пособие предназначено для студентов очной формы обучения для проведения теоретических и практических занятий...
	Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное... Учебно-методическое пособие предназначено для самостоятельной работы студентов заочного отделения биолого-почвенного факультета,...		Учебное пособие Допущено Научно-методическим советом по изучению... Учебное пособие предназначено для обучения по специальности «теология» ивключает план, информационный блок, вопросы для самопроверки,...