Ib qho ntawm cov lus nug tseem ceeb hauv kev kawm txog cov tshuab thev naus laus zis hauv physics yog cov lus nug ntawm seb qhov system no puas tuaj yeem ua haujlwm tau zoo. Kev sib raug zoo nrog lub tswv yim ntawm kev ua haujlwm yog lub tswv yim ntawm lub zog sab hauv. Hauv kab lus no, peb yuav txiav txim siab seb lub zog sab hauv ntawm cov roj zoo tagnrho yog dab tsi thiab muab cov qauv rau kev suav nws.
Ideal gas
Hais txog cov roj, raws li lub xeev ntawm kev sib sau ua ke, uas tsis muaj lub zog elastic nyob rau sab nraud ntawm nws thiab, vim li ntawd, tsis khaws ntim thiab cov duab, txhua tus menyuam kawm ntawv paub. Lub tswv yim ntawm cov roj zoo tagnrho rau ntau yam tseem tsis tau nkag siab thiab tsis meej. Cia peb piav.
Ib qho roj zoo tagnrho yog cov roj uas ua tau raws li ob yam tseem ceeb hauv qab no:
- Cov khoom uas ua rau nws tsis muaj qhov loj. Lawv muaj qhov loj me, tab sis nws me me heev piv rau qhov kev ncua deb ntawm lawv uas nws tuaj yeem tsis quav ntsej hauv txhua qhov kev suav lej.
- Cov khoom tsis cuam tshuam nrog ib leeg siv van der Waals rog lossis roglwm yam. Qhov tseeb, nyob rau hauv tag nrho cov gases tiag tiag, xws li kev sib cuam tshuam yog tam sim no, tab sis nws lub zog yog negligible piv rau nruab nrab lub zog ntawm lub kinetic hais.
Cov xwm txheej tau piav qhia tau txaus siab los ntawm yuav luag txhua lub roj hluav taws xob tiag tiag, qhov kub ntawm qhov siab tshaj 300 K, thiab qhov siab tsis tshaj ib qho chaw. Rau siab dhau heev lawm thiab kub tsis tshua pom kev sib txawv ntawm gases los ntawm tus cwj pwm zoo. Nyob rau hauv cov ntaub ntawv no, ib tug hais txog cov roj tiag tiag. Lawv tau piav qhia los ntawm kev sib npaug ntawm van der Waals.
Lub tswv yim ntawm lub zog sab hauv ntawm cov roj zoo tagnrho
Raws li lub ntsiab lus, lub zog sab hauv ntawm lub cev yog qhov sib npaug ntawm cov kinetic thiab lub zog muaj peev xwm muaj nyob hauv qhov system no. Yog tias lub tswv yim no tau siv rau cov roj zoo tagnrho, ces cov khoom muaj peev xwm yuav tsum tau muab pov tseg. Tseeb tiag, txij li cov khoom ntawm cov roj zoo tagnrho tsis cuam tshuam nrog ib leeg, lawv tuaj yeem suav tias yog txav mus los hauv lub tshuab nqus tsev. Txhawm rau rho tawm ib qho ntawm cov kab ke hauv kev kawm, nws tsis tas yuav ua haujlwm tawm tsam cov kev sib cuam tshuam sab hauv, vim cov rog no tsis muaj nyob.
Yog li, lub zog sab hauv ntawm cov roj zoo tagnrho ib txwm nyob nrog nws lub zog kinetic. Lub tom kawg, nyob rau hauv lem, yog tshwj xeeb txiav txim siab los ntawm molar loj ntawm cov hais ntawm lub system, lawv tus naj npawb, raws li zoo raws li qhov nruab nrab ceev ntawm translational thiab rotational tsab ntawv tsa suab. Qhov ceev ntawm kev txav yog nyob ntawm qhov kub thiab txias. Kev nce hauv qhov kub thiab txias ua rau muaj zog ntxiv, thiab rov ua dua.
Formula rauInternal zog
Denote lub zog sab hauv ntawm ib qho zoo tagnrho gas system nrog tsab ntawv U. Raws li cov thermodynamics, nws yog txhais raws li qhov txawv ntawm lub enthalpy H ntawm lub system thiab cov khoom ntawm lub siab thiab ntim, uas yog:
U=H - pV.
Nyob hauv kab lus saum toj no, peb pom tias tus nqi ntawm U sib raug rau tag nrho lub zog kinetic Ek ntawm tag nrho cov pa roj:
U=Ek.
Los ntawm kev txheeb cais, nyob rau hauv lub molecular kinetic txoj kev xav (MKT) ntawm ib qho zoo tagnrho roj, nws ua raws li qhov nruab nrab kinetic zog ntawm ib tug particle E k1 yog sib npaug rau tus nqi nram qab no:
Ek1=z/2kBT.
Ntawm no kB thiab T - Boltzmann tas li thiab kub, z - tus lej ntawm kev ywj pheej. Tag nrho lub zog kinetic ntawm lub cev Ek tuaj yeem tau txais los ntawm kev muab Ek1 los ntawm tus lej N hauv qhov system:
Ek=NEk1=z/2NkBT.
Yog li, peb tau txais cov qauv rau lub zog sab hauv ntawm cov pa roj zoo tagnrho, sau rau hauv daim ntawv dav dav ntawm qhov ntsuas kub thiab qhov muaj pes tsawg leeg hauv qhov kaw:
U=z/2NkBT.
Monatomic thiab polyatomic gas
Cov mis rau U sau nyob rau hauv kab lus dhau los ntawm kab lus tsis yooj yim rau nws txoj kev siv, vim nws nyuaj rau txiav txim siab tus lej N. Txawm li cas los xij, yog tias peb coj mus rau hauv tus account lub ntsiab lus ntawm tus nqi ntawm cov khoom n, ces cov lus qhia no tuaj yeem rov sau dua hauv daim ntawv yooj yim dua:
n=N/NA; R=NAkB=8, 314 J/(molK);
U=z/2nR T.
Tus naj npawb ntawm kev ywj pheej z nyob ntawm qhov geometry ntawm cov khoom uas ua rau cov roj. Yog li, rau cov pa roj monoatomic, z=3, txij li lub atom tuaj yeem txav ntawm nws tus kheej tsuas yog hauv peb qhov chaw ntawm qhov chaw. Yog hais tias cov roj yog diatomic, ces z=5, txij li thaum ob tug ntau rotational degrees ntawm kev ywj pheej ntxiv rau peb translational degrees ntawm kev ywj pheej. Thaum kawg, rau lwm yam roj polyatomic, z=6 (3 translational thiab 3 rotational degrees ntawm kev ywj pheej). Nrog rau qhov no hauv siab, peb tuaj yeem sau cov qauv hauv qab no rau lub zog sab hauv ntawm cov roj zoo tagnrho ntawm monatomic, diatomic thiab polyatomic:
U1=3/2nRT;
U2=5/2nRT;
U≧3=3nRT.
Piv txwv ntawm txoj haujlwm los txiav txim siab lub zog sab hauv
A 100-liter lub tog raj kheej muaj cov dej ntshiab huv ntawm qhov siab ntawm 3 cua. Piv txwv tias hydrogen los ua cov roj zoo tagnrho raws li cov xwm txheej, nws yuav tsum txiav txim siab seb nws lub zog sab hauv yog dab tsi.
Cov qauv saum toj no rau U muaj cov khoom siv thiab qhov kub ntawm cov pa. Hauv qhov xwm txheej ntawm qhov teeb meem, tsis muaj dab tsi hais txog cov khoom no. Yuav kom daws tau qhov teeb meem, nws yog ib qhov tsim nyog yuav tau nco qab lub universal Clapeyron-Mendeleev kab zauv. Nws muaj qhov zoo li pom hauv daim duab.
Vim tias hydrogen H2 yog diatomic molecule, tus qauv rau lub zog sab hauv yog:
UH2=5/2nRT.
Sib piv ob nqe lus, peb tuaj txog ntawm tus qauv kawg rau kev daws qhov teeb meem:
UH2=5/2PV.
Nws tseem yuav hloov cov chav nyob ntawm qhov siab thiab ntim ntawm qhov xwm txheej mus rau SI system ntawm chav nyob, hloov cov nqi sib xws hauv cov qauv rau U H2 thiab tau txais answer: UH2 ≈ 76 kJ.
