Idealni plin
Idealni plinIdealni plin je model u kojem pretpostavljamo da
meumolekulske sile nemaju vei utjecaj na ponaanje plina. 1 mol
nekog plina sadri Avogadrov broj molekula, 6 x 1022. Dakle, idealni
plin je teorijski model plina sastavljenog od mnotva gibajuih
molekula u kojem zanemarujemo njihovo njihovo meudjelovanje. Takoer
izmeu njih ne postoje Van der Waalsove sile pa se idealni plin ne
moe prevesti u tekue ili vrsto stanje. Idealni plin je teorijski
koncept, a realni plinovi mu se pribliavaju tek pri niskim
tlakovima i visokim temperaturama. Granu fizike koja se bavi
prouavanjem sustava od velikog broja estica nazivamo statistika
fizika.
Koncept idealnog plina je jednostavan iz razloga to ispunjava
zakon idealnog plina, tj. moe se izraziti jednostavnom jednadbom
stanja koju je prvi uveo Emile Clapeyron 1834. godine kombinirajui
Bayleov i Charlesov zakon. Izraz za idealni plin glasi: pV = nRT,
gdje je p tlak, V volumen plina, n mnoina tvari, R plinska
konstanta, a T temperatura. U normalnim uvjetima veina se realnih
plinova moe aproksimirati idealnim plinom (zrak, duik, vodik,
plemeniti plinovi). Jednadbu idealnog plina moemo dobiti iz
jednadbe kinetike teorije plinova: i izraza za kinetiku energiju
translacije: .Osnovna jednadba poprima oblik . Umnoak broja
molekula i prosjene energije jednak je translacijskoj energiji svih
molekula u plinu:
U =NE. Prethodna relacija postaje: pV=2/3 U. Nadalje, definicija
temperature je = 2/3 E. Tako definirana temperatura imala bi
dimenziju energije. Koristei se Boltzmanovom konstantom k = 1,3806
x 10-23 JK-1 temperatura se definira relacijom: kT = 2/3 E.
Uvrtavajui dobivamo jednadbu stanja idealnog plina pV = NkT.
Vrlo su vani i empirijski zakoni idealnog plina. Prvi je dao
Robert Boyle 1662. godine. Mjerenjem volumena i tlaka zraka Boyle
je uoio da se volumen plina mijenja obrnuto s tlakom: pV=konst.,
pri emu su temperatura i broj molekula konstantni.
1802. godine Joseph Louis Gay-Lucas je pokazao linearan odnos
izmeu volumena i temperature: V/T = konst., pri emu su tlak p i
broj molekula N bili konstantni, a Jaques Charles je 1787. godine
pokazao da za idealne plinove vrijedi: p/T = konst.
Termodinamiki zakoniPostoje tri termodinamika zakona koji su
temelj za razvoj termodinamike te predstavljaju svojevrsne
postulate na kojima je izrasla termodinamika. Termodinamika je
grana fizike koja prouava energiju, rad, toplinu, entropiju,
entalpiju i spontanost procesa.
Nulti zakon termodinamike predstavlja svojevrsnu definiciju
temperature, a kae da je temperatura skalarna veliina svojstvena
termodinamikim sustavima u ravnotei, na takav nain da je jednakost
temperature nuan uvjet za termodinamiku ravnoteu. U okviru kinetike
teorije plinova temperatura se definira kao srednja kinetika
energija translacije.
1842. i 1843. godine istraivanja R. Mayera i J.P. Joulea
predstavljaju eksperimentalnu bazu za prvi zakon termodinamike, a
1847. Helmholtz formulira 1. zakon. Prvi zakon termodinamike glasi:
Suma svih oblika energije u zatvorenom sustavu konstantna je.
Drugim rijeima, energija se ne moe stvoriti niti unititi, ve se
samo moe pretvarati iz jednog oblika u drugi. Prvi zakon izrie da
je toplina energija. Oznaimo li sa Q toplinu koju smo priveli
sustavu, sa U promjenu unutranje energije, a sa A rad to ga obavlja
sustav, tada je prema prvom zakonu: Q = U + A. Rad je pozitivan ako
ga obavlja sustav, a negativan ako ga obavljaju vanjske sile. Prvi
zakon moemo i zapisati: d'Q = dU + pdV.
Drugi zakon termodinamike formulirao je R. Clausius 1850.
godine. Prema njemu, nemogu je proces u kojem bi toplina spontano
prelazila s tijela nie temperature na tijelo vie temperature. U
realnim procesima je za povratak u poetno stanje potrebno uloiti
energiju. Za teorijska razmatranja pogodno je prikazati taj zakon
pomou Clausiusove nejednakosti: . Zakljuujemo da postoji veliina S
definirana relacijom . Tu veliinu nazivamo entropija. Entropija
neravnotenog stanja je maksimalna, te je to stanje
najstabilnije.
Trei zakon termodinamike kae da entropija savrenog kristala se
pribliava nuli kako se termodinamika temperatura pribliava nuli.
Formulirao ga je Nernst 1905. godine. Nije mogue konanim brojem
procesa sniziti temperaturu bilo kojeg sustava na 0 K.
Tomislav Donivi_1351925498.unknown
_1351926489.unknown
_1351926539.unknown
_1351925549.unknown
_1351925443.unknown
