Номер 1, страница 133 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

1. Каким образом можно проверить применимость уравнения состояния идеального газа для описания свойств реальных газов?

1. Каким образом можно проверить применимость уравнения состояния идеального газа для описания свойств реальных газов?

Применимость уравнения состояния идеального газа, которое в форме Клапейрона-Менделеева записывается как $PV = \nu RT$, для описания реальных газов проверяется экспериментально. Суть проверки заключается в сравнении результатов измерений с предсказаниями этого уравнения.

Для этого вводят специальную безразмерную величину — коэффициент сжимаемости (или фактор сжимаемости) $\text{Z}$, который определяется как: $Z = \frac{PV_m}{RT} = \frac{PV}{\nu RT}$ где $V_m$ — молярный объём газа, $\nu$ — количество вещества.

Для идеального газа, по определению, $PV = \nu RT$, поэтому коэффициент сжимаемости $\text{Z}$ всегда строго равен единице при любых условиях.

Для реального же газа проводят эксперимент: для известного количества вещества $\nu$ измеряют его давление $\text{P}$, объём $\text{V}$ и температуру $\text{T}$. Затем по приведённой выше формуле вычисляют экспериментальное значение $\text{Z}$.

Если полученное значение $\text{Z}$ близко к 1, то в данных условиях (при данных $\text{P}$ и $\text{T}$) реальный газ ведёт себя как идеальный, и применение уравнения состояния идеального газа является правомерным. Степень отклонения $\text{Z}$ от единицы показывает, насколько велика погрешность при использовании модели идеального газа для данного реального газа.

Ответ: Применимость уравнения состояния идеального газа для реального газа проверяют экспериментально. Для этого измеряют параметры газа ($P, V, T, \nu$) и вычисляют коэффициент сжимаемости $Z = \frac{PV}{\nu RT}$. Если этот коэффициент близок к единице, то уравнение применимо.

2. При каких условиях свойства реальных газов близки к свойствам идеального газа?

Свойства реального газа приближаются к свойствам идеального в таких условиях, когда можно пренебречь двумя основными факторами, отличающими реальный газ от его теоретической модели:
1) Собственным объёмом молекул газа.
2) Силами межмолекулярного взаимодействия.

Эти допущения становятся справедливыми при следующих условиях:

- При высоких температурах. При высокой температуре средняя кинетическая энергия молекул ($E_k \propto T$) велика. Она значительно превышает потенциальную энергию межмолекулярного притяжения, поэтому силами взаимодействия можно пренебречь. Молекулы движутся так быстро, что их взаимодействие становится кратковременным и малоэффективным.

- При низких давлениях. При низком давлении концентрация молекул мала, а значит, среднее расстояние между ними очень велико. В этом случае, во-первых, собственный объём, занимаемый молекулами, становится ничтожно малым по сравнению с общим объёмом сосуда. Во-вторых, на больших расстояниях силы межмолекулярного взаимодействия очень слабы, и их влиянием также можно пренебречь.

Таким образом, любой реальный газ ведёт себя почти как идеальный, когда он сильно разрежен (низкое давление) и/или сильно нагрет (высокая температура). Иными словами, газ должен находиться далеко от условий конденсации (превращения в жидкость).

Ответ: Свойства реальных газов близки к свойствам идеального газа при высоких температурах и низких давлениях.