Универса́льная га́зовая постоя́нная — константа, численно равная работе расширения одного моля идеального газа в изобарном процессе при увеличении температуры на 1 К. Равна. Рассмотрим вариант решения задания из учебника Мякишев, Буховцев 10 класс, Просвещение: 3. Почему газовая постоянная R называется универсальной? физическая константа, которая входит в ряд фундаментальных уравнений в физических науках, таких как закон идеального газа и уравнение Нернста.
Универсальная газовая постоянная
Как определить газовую постоянную? Чему равно k в термодинамике? Чему равно N А? Что означает р в уравнении Менделеева Клапейрона?
Пример 4. Плотность смеси метана и этена по водороду равна 12,8. Определите массовую, объёмную и мольную доли кислорода в смеси.
Найдем массовую долю метана. Обратите внимание: мольная, объёмная и массовая доли вещества в смеси не зависят от общего количества смеси. Пример 5.
Он вывел ее численное значение, опираясь на закон Авогадро и данные об объеме одного моля газа при нормальных условиях. В некоторых научных кругах универсальную газовую постоянную принято называть постоянной Менделеева, поскольку это определение было впервые введено великим русским химиком. При жизни Менделеева точных методов для экспериментального нахождения численного значения R не существовало. Поэтому ученый вычислил его на основе других констант и закономерностей поведения газов. В дальнейшем, с развитием методов точного эксперимента, были получены все более точные значения универсальной газовой постоянной. Это свидетельствует о гениальной прозорливости великого русского ученого.
Помимо классического применения для расчетов параметров идеальных газов, универсальная газовая постоянная находит применение и в других областях.
Клапейрона уравнение , где р давление, v объём, Т абсолютная температура. Читайте также: Зубная щетка орал би смарт Имейте в виду, что Уравнение Клайперона-Менделева в традиционной англосаксонской записи чуть отличается от нашей русско-советской традиции , поэтому, точное соответствие величине R в англоязычной литературе это Ru. R — в англоязычной литературе это "индивидуальная газовая постоянная", которая в нашей традиции вообще не вводится.
Газовая постоянная
Эта единица измерения иногда используется в химических расчетах. Калория — это единица измерения энергии, которая широко используется в химических и биологических расчетах. Важно помнить, что при использовании газовой постоянной в расчетах необходимо использовать соответствующие единицы измерения для давления, объема и температуры, чтобы получить правильный результат. Применение газовой постоянной в термодинамике Газовая постоянная является одной из основных констант в термодинамике и широко применяется для решения различных задач и расчетов. Она играет важную роль в законах газов и позволяет связать давление, объем и температуру газа. Закон Бойля-Мариотта Газовая постоянная используется в законе Бойля-Мариотта, который устанавливает обратную пропорциональность между давлением и объемом газа при постоянной температуре. Закон Шарля Газовая постоянная также используется в законе Шарля, который устанавливает прямую пропорциональность между объемом и температурой газа при постоянном давлении. Закон Гей-Люссака Закон Гей-Люссака устанавливает прямую пропорциональность между давлением и температурой газа при постоянном объеме. Уравнение состояния идеального газа Газовая постоянная также используется в уравнении состояния идеального газа, которое связывает давление, объем и температуру идеального газа.
Это лишь некоторые примеры применения газовой постоянной в термодинамике. Она также используется в других законах и уравнениях, связанных с газами, и играет важную роль в решении различных задач и расчетов в области термодинамики.
Академия наук СССР. Комитет научно технической терминологии. Клапейрона уравнение , где р давление, v объём, Т абсолютная температура.
Читайте также: Зубная щетка орал би смарт Имейте в виду, что Уравнение Клайперона-Менделева в традиционной англосаксонской записи чуть отличается от нашей русско-советской традиции , поэтому, точное соответствие величине R в англоязычной литературе это Ru.
Менделеев вычислил значение константы в уравнении Менделеева-Клапейрона для одного моля газа, используя закон Авогадро, согласно которому 1 моль различных газов при одинаковом давлении и температуре занимает одинаковый объём. В некоторых научных кругах эту постоянную принято называть постоянной Менделеева. Обозначается латинской буквой.
Задачей расчета газовой смеси является определение, на основании заданного газового состава смеси, газовой постоянной или средней молярной массы. Остальные параметры можно вычислить по уравнению состояния. Мольной долей компонентов называется отношение числа киломолей компонента к числу киломолей смеси. При этом вводится понятие числа киломолей смеси, которое равно сумме киломолей всех компонентов смеси.
ВСЕ, ЧТО ТЫ ХОТЕЛ ЗНАТЬ О ГАЗАХ, НО БОЯЛСЯ СПРОСИТЬ
А саму константу стали называть числом Лудольфа. Изучение числа пи в древнем Китае Наряду с европейскими математиками, число пи пытались рассчитать и в Поднебесной. В третьем веке нашей эры математик из Китая Лю Хуэй вывел алгоритм, для расчёта константы пи с любой возможной степенью точности. В основу алгоритма легла всё та же идея Архимеда. По такому алгоритму самим Лю Хуэем было высчитано приближение пи для многоугольника с 3072 углами. Оно получилось равным 3,14159. Точность возросла до пятого знака после запятой.
В пятом веке нашей эры математик Цзу Чунчжи Вычислил пи с точностью до семи цифр после запятой, расположив эту константу между 3,1415926 и 3,1415927. Число пи: от средневековья до наших дней В связи с развитием математического анализа во втором тысячелетии нашей эры для нахождения значения числа пи стали использоваться математические ряды: Ряд Мадхавы-Лейбница сходился медленно, но после некоторых преобразований позволил вычислить константу пи с точностью до одиннадцати цифр после запятой. Формула Виета — первая точная математическая формула для нахождения числа пи — представляет собой бесконечное произведение. Формула Валлиса также представляет собой произведение для расчёта константы пи по аналогии с константой е. Формула Джона Мэчина имеет в своей основе разложение арктангенса в Ряд Тейлора. Бесконечный ряд обратных квадратов, как доказал Эйлер сходится к квадрату пи, деленному на шесть.
Теория вероятностей тоже внесла свой вклад в вычисление пи с помощью метода Монте-Карло и Иглы Бюффона. Но с появлением компьютеров, а также открытием преобразования Фурье, использование рядов для вычисления значения пи позволило достигать астрономической точности. Количество знаков Примерно в то же время подтянулись и другие менее известные математики, предложившие новые формулы расчета числа Пи через тригонометрические функции. С помощью методов анализа Мэчин вывел из этой формулы число Пи с сотней знаков после запятой. До эры компьютеров математики занимались тем, чтобы рассчитать как можно больше знаков. В связи с этим порой возникали курьезы.
Математик-любитель У. Шенкс в 1875 году рассчитал 707 знаков числа Пи. Эти семь сотен знаков увековечили на стене Дворца Открытий в Париже в 1937 году. Однако спустя девять лет наблюдательными математиками было обнаружено, что правильно вычислены лишь первые 527 знаков.
Газовая постоянная есть универсальная мировая константа, такая же как, например, скорость света. Закон природы. Второе: что такое градусы Кельвина, почему не привычные градусы Цельсия? Ответ здесь потребует больше времени.
А размер самого градуса у них одинаковый. Если нанести зависимость давления от температуры для разных газов на график в виде точек, то точки эти всегда выстраиваются в прямую линию, как показано на следующем рисунке: Хотя получать особо низкие температуры тогда не умели, однако сам вид графика заставлял задуматься о том, что дальнейшее понижение температуры должно, в конце концов, привести к тому, что давление газа в некоторый момент вообще станет равным нулю, а по наклону графика можно было вычислить ту температуру, при которой это произойдет, что и было выполнено лордом Кельвином. Не бывает температур ниже этой, так как при абсолютном нуле полностью прекращается тепловое движение молекул хоть в газе, хоть в жидкости или твердом теле. Таким образом, шкала Кельвина - это та же шкала Цельсия, с той только разницей, что отсчет ведется от абсолютного нуля температур и, следовательно, отрицательных температур по Кельвину не бывает. Теперь мы можем вернуться к обсуждению практических следствий, вытекающих из уравнения состояния идеального газа. В особых обстоятельствах, например, когда баллон стоит на солнцепеке в жаркий безветренный день, корпус баллона а, следовательно, и газ в нем может нагреваться до 80 и более градусов от прямого воздействия солнечных лучей, что может быть опасно для корпуса баллона, опрессованного испытанного закачкой в него воды под высоким давлением , как известно, на 225 атмосфер. Поэтому, согласно ППБ-77 правилам пожарной безопасности , места для хранения баллонов в обязательном порядке оборудуются навесом для защиты от солнечных лучей. Поведение углекислоты при повышении температуры, в целом, описывается теми же соображениями, однако в силу того, что углекислоту в условиях хранения ее в баллонах нельзя, строго говоря, считать идеальным газом, ее поведение мы обсудим в отдельной главе.
Следствие 2: при постоянной температуре давление в газе обратно пропорционально его объему, так что Для примера обсудим азот, находящийся в стандартном 40-литровом баллоне при давлении в 150 атмосфер. Спрашивается, какой объем занимает азот из этого баллона, если его выпустить в комнату, где его давление сравняется с атмосферным и станет, следовательно, равным 1атм? Газа, хранящегося в 3-4 баллонах, достаточно, чтобы полностью заполнить средних размеров комнату, а так как азот не имеет ни цвета, ни запаха, то при стравливании баллонов в закрытом помещении человек, это делающий, имеет все шансы задохнуться и не заметить. Следствие 3: Уравнение состояния можно прямо использовать для расчета давления, объема или массы газа, если известна только часть этих параметров. Например, зададимся целью выяснить массу аргона, находящегося в стандартном 40-литровом баллоне при 150атм. Непосредственно из уравнения состояния имеем: Аргон - одноатомный в отличии от кислорода, азота, водорода в молекуле которых два атома газ с атомной массой 40 химию надо было учить! Еще раз напоминаю: в уравнении состояния использовать необходимо абсолютную температуру по шкале Кельвина! Однако, ошибка составляет менее полутора процентов, что для практических целей представляется вполне приемлемым.
Уравнение является достаточно простым и позволяет предсказывать результаты различных воздействий на газ без проведения широкомасштабных экспериментов, влекущих за собой человеческие жертвы и разрушения. Поведение углекислоты в условиях близких к условиям ожижения будет рассмотрено в отдельной главе. Уравнение состояния идеального газа к ацетилену С2Н2 в баллоне применить невозможно, так как ацетилен там находится не в виде свободного газа, а в виде раствора ацетилена в ацетоне и живет по совершенно иным законам. Последнее, что необходимо добавить в этой главе. В левой и правой части уравнения состояния идеального газа стоит величина с размерностью энергии опустим доказательство этого факта, его можно найти в любом учебнике физики. Более того, это энергия, заключенная в газе, и есть! Причем в левой части уравнения она выражена через чисто механические величины объем и давление , а в правой - через термодинамические температуру , т. Для вашего понимания серьезности положения проведем расчет энергии, заключенной в 40-литровом баллоне с аргоном азотом, гелием, кислородом, да все равно….
Если ты не птица - отнесись к этим цифрам со всей серьезностью. Сжиженные газы и газы вблизи условий ожижения. Существуют уравнения состояния, описывающие так называемые "реальные газы", то есть, уравнения, учитывающие тот факт, что газы, на самом деле, состоят не из идеальных круглых и абсолютно упругих шариков, а из вполне конкретных молекул, обладающих при определенных условиях некоторым притяжением друг к другу и, в результате, могущих, при достаточно низких температурах и относительно высоких давлениях, переходить в конденсированные состояния жидкость, твердое тело. Однако универсальность и точность описания, которые обеспечивают эти уравнения, не слишком высока, а сложность самих уравнений выходит далеко за рамки школьного курса. Исходя из этих соображений, приводить их здесь не представляется целесообразным. Поэтому мы ограничимся некоторыми общими соображениями и экспериментальными фактами, не тратя времени на их теоретическое обоснование. И конкретно сосредоточим усилия на практически важном для нас случае сжиженной углекислоты. Вот он: Понимать изображенное на этом рисунке надо так: в твердом состоянии мы кратко будем называть его "лед" вещество может находится лишь при совершенно определенных температурах и давлениях область "лед" на диаграмме.
Пусть вещество находится при некоторой температуре ТА и давлении РА. Тогда на диаграмме эта ситуация может быть отмечена графически точкой точка А. Надо ясно понимать, что все газы есть пары своих жидкостей. Когда газ пар охлаждается он превращается снова в жидкость. Этот процесс называется "конденсация" капли на крышке кипящего чайника - результат этого процесса, там пар, соприкасаясь с более холодной, чем днище чайника, крышкой, превращается обратно в воду. Она изображает процесс т. Этот процесс весьма характерен для углекислоты.
Данная величина численно равна работе, которую совершает один моль идеального газа при его изобарическом расширении на один градус по Кельвину. Иными словами, универсальная газовая постоянная количественно описывает способность газа к термическому расширению в изобарном процессе. Определение и физический смысл Формально универсальная газовая постоянная определяется как работа расширения одного моля идеального газа в изобарном процессе при постоянном давлении при увеличении температуры на один градус Кельвина.
Из этого определения сразу следует физический смысл данной константы: чему равна универсальная газовая постоянная - это работа, которую совершает один моль любого идеального газа, расширяясь изобарически на один градус. Другими словами, универсальная газовая постоянная количественно характеризует способность газа к тепловому расширению при постоянном давлении. Это одна из ключевых термодинамических характеристик идеальных газов. Численное значение Чему равна универсальная газовая постоянная в численном выражении?
Численно равна работе расширения одного моля идеального газа в изобарном процессе при увеличении температуры на 1 К.
Общая информация В 1874 году Д. Менделеев вычислил значение константы в уравнении Менделеева-Клапейрона для одного моля газа, используя закон Авогадро, согласно которому 1 моль различных газов при одинаковом давлении и температуре занимает одинаковый объём.
Почему газовая постоянная r называется универсальной кратко
Используя газовую постоянную, все три закона можно объединить в одно уравнение – уравнение состояния идеального газа. универсальная газовая постоянная, равная 8314,8 Па-м Дкмоль-К). Газовое агрегатное состояние материи характеризуется хаотичным расположением.
Газовая постоянная
где газовая постоянная Я равна универсальной газовой постоянной, делённой на молекулярную массу» (правильно молярную массу). Значение универсальной газовой постоянной зависит от системы единиц измерения, используемой для давления, объема и температуры. Универсальная газовая постоянная (R) — это величина, которая является константой, численно равная работе расширения одного моля идеального газа в изобарном процессе при увеличении температуры на 1 K. Значение универсальной газовой постоянной зависит от системы единиц, в которой она измеряется. Новости Новости.
ВСЕ, ЧТО ТЫ ХОТЕЛ ЗНАТЬ О ГАЗАХ, НО БОЯЛСЯ СПРОСИТЬ
физическая константа, которая входит в ряд фундаментальных уравнений в физических науках, таких как закон идеального газа и уравнение Нернста. Универсальная газовая постоянная равна разности молярных теплоёмкостей идеального газа при постоянном давлении и постоянном объёме. Газовая постоянная универсальная (молярная) (R) фундаментальная физическая константа, входящая в уравнение состояния 1 моля идеального газа: $pv=RT$. Газовая постоянная (также известная как молярная газовая постоянная, универсальная газовая постоянная или идеальная газовая постоянная) обозначается символом R или R. Это эквивалентно постоянная Больцмана, но выраженная в единицах энергии на приращение.
Глава 8. Строение вещества
Менделеев, заменив ею в универсальном уравнении состояния Клапейрона ряд других констант. Отметим, что хотя величина R введена для газов, в современной физике она используется также в уравнениях Дюлонга и Пти, Клаузиуса-Моссотти, Нернста и в некоторых других. Постоянные kB и R Люди, которые знакомы с физикой, могли заметить, что существует еще одна постоянная величина, которая во всех физических уравнениях выступает в качестве переводного коэффициента между энергией и температурой. Эта величина называется постоянной Больцмана kB. Очевидно, что должна существовать математическая связь между kB и R. Здесь NA - это огромное число, которое называется числом Авогадро. Если количество частиц системы равно NA, то говорят, что система содержит 1 моль вещества. Таким образом, постоянная Больцмана и универсальная газовая постоянная, по сути, это один и тот же переводной коэффициент между температурой и энергией с той лишь разницей, что kB используется для микроскопических процессов, а R - для макроскопических. Решение задачи После знакомства с единицами измерения универсальной газовой постоянной предлагается получить их из универсального уравнения для идеального газа, которое было приведено в статье. Ниже на рисунке изображено это уравнение.
Как видно, при получении единиц измерения для R мы упрощали только единицы измерения числителя.
Отметим, что хотя величина R введена для газов, в современной физике она используется также в уравнениях Дюлонга и Пти, Клаузиуса-Моссотти, Нернста и в некоторых других. Постоянные kB и R Люди, которые знакомы с физикой, могли заметить, что существует еще одна постоянная величина, которая во всех физических уравнениях выступает в качестве переводного коэффициента между энергией и температурой. Эта величина называется постоянной Больцмана kB. Очевидно, что должна существовать математическая связь между kB и R. Такая связь действительно существует, она имеет следующий вид: Решение задачи После знакомства с единицами измерения универсальной газовой постоянной предлагается получить их из универсального уравнения для идеального газа, которое было приведено в статье.
Ниже на рисунке изображено это уравнение. Как видно, при получении единиц измерения для R мы упрощали только единицы измерения числителя. Сначала была использована формула для давления, а затем произведение единиц силы на единицы расстояния были преобразованы в единицы работы. Универсальная газовая постоянная это определение Величины, характеризующие состояние газа, это m — масса газа, V — объём газа, P — давление газа, T — температура газа. Эти величины называются параметрами состояния. Уравнение, связывающее параметры m, Р, V и T, называется уравнением состояния.
Уравнение состояния идеального газа — это уравнение Менделеева — Клапейрона где m — масса газа; m — масса одного моля газа, тогда — число молей газа. Для одного моля газа уравнение Менделеева — Клапейрона записывается: где R — универсальная газовая постоянная. Выясним физический смысл универсальной газовой постоянной R. Пусть 1 моль идеального газа заключен в цилиндр под поршень рис. Первое, начальное, состояние газа характеризуется параметрами V1, Р1, T1. Пусть второе, конечное, состояние газа характеризуется параметрами V2, Р1, T2.
При подводе тепла Q поршень приподнялся на высоту Dh в результате расширения газа при постоянном давлении P1. Газ совершил работу А по поднятию поршня: где F — сила, действующая на поршень со стороны газа; P1 — давление газа на поршень. Давление P1 и сила F связаны соотношением Записываем уравнение Менделеева — Клапейрона для 1 моля газа дважды: для первого состояния и для второго: и вычтем из нижнего уравнения верхнее. Так как Теперь можно определить физический смысл универсальной газовой постоянной R. Универсальная газовая постояннаяR равна работе, которую совершает 1 моль идеального газа при изобарическом расширении, если газ нагреть на один градус. Понравилась статья?
Для того чтобы хорошо понимать особенности строения газообразного вещества, нужно знать, чему равен молярный объем газа, какова взаимосвязь между занимаемым газом объемом и количеством вещества, температурой и давлением, как определить среднее расстояние между молекулами газа и как оно зависит от его давления, с какой скоростью двигаются молекулы газообразного вещества и от чего эта скорость зависит. Молярный объем газа — постоянная величина, поскольку она мало зависит от природы вещества. Газ, строго подчиняющийся закону Авогадро, принято называть идеальным. В школьных курсах химии и физики незначительными отклонениями свойств реальных газов от вытекающих из закона Авогадро для идеального газа пренебрегают. Естественно, что молярный объем газа зависит от температуры и давления. Молярные объемы реальных газов при одних и тех же условиях несколько отличаются от молярного объема идеального газа табл.
Таблица 8.
Рисунок 1 Подобная зависимость невозможна. Это означает, что в этой области с веществом происходит что-то необыкновенное. Что именно, не видно в уравнении Ван-деp-Ваальса. Обратимся к опыту.
Почему газовая постоянная r называется универсальной кратко
| Газовая постоянная - Gas constant - | физическая величина, которая описывает свойства газов и играет важную роль в термодинамике, позволяя связать давление, объем и. |
| Уравнение состояния идеального газа | Газовая постоянная, универсальная физическая постоянная R, входящая в уравнение состояния 1 моля идеального газа: pv = RT (см. Клапейрона уравнение), где р — давление, v — объём, Т — абсолютная температура. |
| Газовая постоянная газов | Единицы измерения универсальной газовой постоянной. |