Номер 4, страница 180, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

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

4. Применимость уравнения состояния идеального газа ($pV = \nu RT$) для описания свойств реальных газов можно проверить экспериментально. Этот метод основан на сравнении экспериментально полученных данных с предсказаниями модели идеального газа.

Для этого необходимо:

1. Взять известное количество реального газа (массой $\text{m}$ или количеством вещества $\nu$) и поместить его в сосуд с изменяемым объемом $\text{V}$.

2. Измерять три макроскопических параметра состояния газа: давление $\text{p}$, объем $\text{V}$ и температуру $\text{T}$ в широком диапазоне их значений.

3. Для каждой серии измерений (для каждого состояния) вычислить значение величины $\frac{pV}{T}$.

4. Согласно уравнению Менделеева-Клапейрона, для идеального газа произведение $pV$ прямо пропорционально температуре $\text{T}$, а отношение $\frac{pV}{T}$ должно быть постоянной величиной для данного количества газа: $\frac{pV}{T} = \nu R$, где $\nu = m/M$ — количество вещества, а $\text{R}$ — универсальная газовая постоянная ($R \approx 8.31$ Дж/(моль·К)).

5. Сравнить вычисленное экспериментально значение $\frac{pV}{\nu T}$ с табличным значением универсальной газовой постоянной $\text{R}$. Если для некоторого диапазона давлений и температур экспериментальное значение $\frac{pV}{\nu T}$ остается практически постоянным и близким к $\text{R}$, то в этом диапазоне уравнение состояния идеального газа применимо для описания свойств данного реального газа.

Практика показывает, что реальные газы ведут себя подобно идеальному при достаточно высоких температурах и низких давлениях (т.е. в разреженном состоянии). В этих условиях среднее расстояние между молекулами велико, а их кинетическая энергия значительно превышает потенциальную энергию взаимодействия, поэтому силами межмолекулярного притяжения и собственным объемом молекул можно пренебречь, что и является основными допущениями модели идеального газа.

Для количественной оценки отклонения поведения реального газа от идеального вводят коэффициент сжимаемости $Z = \frac{pV}{\nu RT}$. Для идеального газа $\text{Z}$ всегда равен 1. Для реального газа значение $\text{Z}$ может быть больше или меньше единицы, и его отклонение от 1 показывает степень "неидеальности" газа в данных условиях.

Ответ: Применимость уравнения состояния идеального газа для реального газа проверяется экспериментальным измерением его параметров $p, V, T$ для известного количества вещества $\nu$. Затем вычисляется значение выражения $\frac{pV}{\nu T}$. Если это значение постоянно и равно универсальной газовой постоянной $\text{R}$ в определенном диапазоне условий, то в этом диапазоне модель идеального газа применима.