Наты (реал) газдар. Ван-дер-Ваальс тедеуі.

Наты газдар-Бойл-Мариот жне Гей-Люссак задарына баынбайтын газдар. Газдарды мінсіз жадайдан ауыту млшері оларды тыыздыы артан сайын (ысым жоары, температура тмен) се тседі, яни газ тамшылары нерлым бір-біріне жаын орналасан сайын, оларды бір-біріне сері солрлым кшейе тседі.Газды тыыздыы артан сайын оны асиеттері идеал газ кйінен ауыти бастайды. Бл жадайда сотыысуларды рлі артып, молекулаларды млшерлері мен оларды зара серлерін ескермеуге болмай алады. Мндай газды наты (реал) газ деп атайды. Газ алмасу, биологияда – организм мен оны оршаан орта арасындаы газ алмасу процесі. Адам мен жануарлар организмі тыныс алу кезінде сырты ортадан оттекті сііріп, зінен кмі ышыл газын жне зат алмасу нтижесінде пайда болатын р трлі газ оспаларын сырта шыарады. Газ алмасусыз тірі организмде зат жне энергия алмасуы дрыс жрмейді.

Наты газдар згерісі; pV=mRT/

Наты газдарды згерісін сипаттауа сынылан кптеген тедеулердін ішінен Ван-дер-Ваальс тедеу е арапайым,жасы нтиже беретін тедеу болып табылады.

Молекулаларды молшерлері де, молекулалар арарсындаы зарарекет-тесу кштері де ескерілген жаартылан кй тедеуін 1873 жылы Ван-дер-Ваальс сынды жне ол азір оны есімімен аталады.Наты газдарды кй тедеуі жуыталан тендеу, себебі молекулаларды арасындаы озара рекеттесу кштерін дл есептеу лі де ммкін болмай отыр.Идеал газды бір молі шін жазылан; V=RT

Кй тедеуінде V деп газ тран ыдысты колемін тсшеміз. Екінші жаынан онда озалып жрген газ молекулаларынын, кезкелгеніні кезкелген жерде бола алатын клемі, себебі идеал газдьт материалды нкте-молекулалары шін ыдысты кезкелген жері бос, р молекула шін ыдыста одан баса мо-лекула жо трізді. Шындыында газда ыдысты барлы клемі молекулалар шін бос емсс, себебі р молекула белгілі келем алып тр жне ыдысты бл болігінде баса молекулалар бола алмайды.Бл жадайды ескеру шін ыдысты клемінен молекулалар озала ал-майтын, оларды оздері алып тран колемін алып тастау керек.Сонда: (V-b)=RT

мндаы V-тзету газды ысымды шексіз арттыран кезде ( газ молекулала-рын бден тыыздаан кезде) алатын шектік клемі:

V-b=RT/

Ыдысты абырасына жуы орналасан кез келген молекуланы бір жаындагы "кршілері" екінші жаындаы "кршілерінен" арты, болады да, оан тсірілетін баса молекулалар тарапынан пайда болатын орыты тартылыс кші басы арты молекулалар саны бар жаына арай, яни ыдысты ішіне арай баытталады. Осыны арасында ыдысты абырасына тсірілетін кысым айсыбір шамасына кем болады. Сйтіп, ысым шін:

Газды ысымы шін рнекті молекулалар арасындаы тартылыс кшін ескере отырып, былайша жазуа болады:

Осыдан,газды ысымын, колемін жне температурасын байланыстыратын бл тедеу наты газды кй тедеуі болып табылады;

Мнда m— газды массасы, М- оны молдік массасы, V— газды алып тран клемі.

 

34)Клайперон-Клаузиус тедеуі. Кй диаграммасы. штік нкте.

Клапейрон - Клаузиус тедеуі– затты бір фазадан баса бір фазаа (булану, балу, сублимация, т.б.) ауысу процесін сипаттайтын термодинамикалы тедеу. Клапейрон - Клаузиус тедеуі бойынша тепе-те кйде тетін процестегі L фазалы ауысу жылуы (мысалы, булану жылуы, балу жылуы) мына рнек бойынша аныталады:

, мндаы T – ауысу температурасы (изотермиялы процесс), dp/dT – фазалы тепе-тедік исы сызыындаы ысымны температура бойынша алынан туындысы, – 1-фазадан 2-фазаа ауысу кезіндегі зат клеміні згерісі. Клапейрон - Клаузиус тедеуі француз оымыстысы Б.П. Э.Клапейрон (1799 – 1864) сйыты пен жылулы тепе-тедікте тран конденсацияланан буа арналан Карно циклін талдау нтижесінде алды (1834). 1850 ж. неміс физигі Р.Клаузиус (1822 – 1888) тедеуді одан рі жетілдіріп, оны баса да фазалы ауысулара арнап, орытындылады. Бл тедеуді жылуды жту немесе шыару арылы тетін кез келген фазалы ауысулара олдануа болады. Клапейрон - Клаузиус тедеуін шешу шін L, V1 жне V2 шамаларыны температура мен ысыма байланысты алай згеретіндігін білу ажет. Мны зі крделі мселе. детте, бл туелділік тжірибе жзінде аныталып, Клапейрон - Клаузиус тедеуіні сан мні есептеледі. Клапейрон - Клаузиус тедеуі таза заттармен атар ерітінділерге жне оларды жеке раушыларына да олданылады. Соы жадайда Клапейрон - Клаузиус тедеуін берілген раушыдаы буды парциал ысымын, оны парциал булану жылуымен байланыстырады

штік нкте, термодинамикада — затты ш фазасыны да бірдей бір мезгілдегі тепе-тедік кйіне сйкес келетін кй диаграммасындаынкте. Фазалар ережесі бойынша жеке химиялы зат (бір раушылы жйе), тепе-тедік кезінде, ш фазадан арты кйде бола алмайды. Бл ш фазаны (атты, сйы жне газ) бір мезгілде тепе-тедікте болуы температура (Т) мен ысымны (р) белгілі бір мндерінде ана жзеге асады. Мысалы, кмір ышыл газы (СО₂) шін Т.н.T 216,6 К, р.н.р 5,12 атм, су шін Т.н.Т 273,16 К (дл), р.н.4,58 мм сын. ба.

Ю сурак

Электр Заряды – блшектер мен денелерді сырты электрмагниттік ріспен зара серін, сондай-а оларды электрмагниттік рістеріні зара байланысын анытайтын негізгі сипаттамаларды бірі. Э. з. 2 трге ажыратылады жне ол шартты трде о заряд жне теріс заряд деп аталады. Аттас зарядтар бірін-бірі тебеді, ал р аттас зарядтар бірін-бірі тартады. Денені Э. з. оны рамына енетін барлы блшекті Э. з-ны алгебр. осындысына те. Э. з. дискретті, яни барлы блшектер мен денелерді Э. з. еселі болып келетін е кіші элементар Э. з. болады. Ошауланан электр жйесінде зарядты саталу заы орындалады. озалмайтын Э. з-ны арасындаы зара сер Кулон заымен, ал Э. з. жне оны эл.-магн. рісіні арасындаы байланыс Максвелл тедеулерімен сипатталады. Заттаы рісті арастыран кезде Э. з. еркін заряд жне байланысан заряд болып ажыратылады. Э. з-ны бірліктерді халыаралы жйесіндегі (СИ) лшеу бірлігі – кулон (к).

Электр заряды (электр млшерi) q – дененi асиетiн немесе блшектердi электромагниттiк зара серлесуiн жне бндай зара серлесудi арындылыын анытайтын шама.

Электр зарядыны бiрлiгi ретiнде СИ жйесiнде – бiр кулон (1 Кл) деп ткiзгiштi клдене имасынан 1 с iшiнде ток кшi 1 А боланда тетiн электр заряды алынады.

Электр зарядыны шартты трде о жне терiс деп аталатын екi трi бар. Аттас заряды бар денелер бiр-бiрiнен тебiледi, ал р аттас зарядтары бар денелер – тартылады.

Электр зарядтарын ыли да тасушы болып элементар блшектер жне антиблшектер табылады. Мысалы, протон жне антипротон, электрон жне позитрон. Антиблшектер массасы – сйкес блшектердi массасына те жне электр заряды терiс. Блшектердi антиблшектермен бiрiккенде аннигиляцияа (зара жоюа) шырайды. Бл кезде Эйнштейн формуласы бойынша масса энергияа айналады E=mc², мнда Е – энергия, m – блшектi массасы, c – жары жылдамдыы (бл туралы толы малматты 11-шi сынып курсынан бiлесiздер). Ешандай электр зарядын иеленбейтiн блшектер болады, мысалы, нейтрон, нейтрино. Бiра блшексiз электр зарядыны болуы ммкiн емес.

Электр заряды дискреттi: дененi барлы электр зарядтарын бтiн блiктерге блетiндей е кiшi элементар электр заряды табылады.

алыпты жадайда дене электрлiк нейтраль жадайда, себебi кез келген затты атомындаы электрондар саны ядродаы протондар санына те жне дененi зарядтарыны осындысы нлге те.

Зарядты саталу заы – кез келген тйы жйені (электрлік ошауланан) электр зарядтарыны алгебралы осындысыны згермейтіндігі (сол жйе ішінде андай да бір процестер жрсе де) туралы табиатты іргелі дл задарыны бірі. Ол 18 -да длелденген. Теріс электр зарядын тасушы электронны жне электр зарядыны шамасы электрон зарядына те о электр зарядты протонны ашылуы, электр зарядтарыны здігінше емес, блшектермен байланыста мір сретіндігін длелдеді (заряд блшектерді ішкі асиеті болып саналады). Кейінірек электр заряды шамасы жнінен электрон зарядына те о не теріс зарядты элементар блшектер ашылды. Сонымен, электр заряды дискретті: кез келген денені заряды элементар электр зарядына еселі болып келеді. рбір блшекті зіне тн белгілі бір электр заряды болатындытан, блшектерді бір-біріне трлену процесі болмаан жадайда, зарядты саталу заын блшектер саны саталуыны салдары ретінде арастыруа болады. Мысалы, макроскопиялы дене зарядталан кезде зарядты блшектер саны згермейді, тек зарядтарды кеістікте айтадан тарала орналасуы згереді: зарядтар бір денеден баса бір денеге ауысады.

Блшектерге бір-біріне трлену процесі тн – элементар блшектер физикасында бір блшек жоалады, бір блшек жаадан пайда болады. Бл жадайда да зарядты саталу заы ата саталады, яни блшектерді зара серлесуі жне трленуі кезінде осынды заряд згермейді. “Жаа” зарядты блшекті пайда болуы не сондай заряды бар “ескі” блшекті жоалуымен, не заряды оан арама-арсы зарядтар жбыны пайда болуымен (мысалы, блшек-антиблшек жбыны пайда болу процесі) бір мезгілде теді. Оны стіне, мндай трленулер кезінде зарядты саталу заынан баса да саталу задары (энергияны саталу заы, озалыс млшеріні саталу заы, т.б.) орындалады.

Зарядты саталу заы энергияны саталу заымен бірге электронны орнытылыын “тсіндіреді”. Электрон (жне позитрон) – зарядталан блшектерді е жеілі. Сондытан да ол ешуаытта ыдырамауа тиіс. Электронны зінен грі ауыр зарядталан блшектерге (мысалы, мюона, p-мезона) ыдырауына энергияны саталу заы, ал оны зінен грі жеіл бейтарап (нейтрал) блшектерге (мысалы, фотона, нейтриноа) ыдырауына зарядты саталу заы кедергі болады. Зарядты саталу заыны дл орындалатындыын электронны з зарядын 5×1021 жыл бойы жоалтпайтындыынан круге болады.

Электр рісі.

Кез келген заряд зіні айналасында электр рісін туызатыны белгілі. Электр рісі - материяны ерекше бір трі. Зарядтарды арасындаы серлесу осы электр рісі арылы жзеге асырылады.

Белгілі бір электр рісін бліп, зерттеу шін нктелік "сыншы" зарядты пайдалануа болады, Бл зерттелінбекші рісті згертпейтін те шаын заряд. Нктелік зарядты туызатын рісін нктелік сыншы _сын зарядты жрдемімен зерттелік. Сыншы зарядты ( _сын) элктр рісін туызан зарядты ( ) орнымн салыстыранда радиус-векторымен аныталатын нктеге орналастырса, оан

(1.6)

кш сер ететінін білеміз

4-сурет

Бл рнектен сыншы заряда сер ететін кшті ( ) рісті аытайтын шамалара ( ) ана емес, содай-а cыншы зарядті шамасына да ( _сын) туелді екендігі крінеді,_;яни ол траты шама, емес. Егер бір нктеге р трлі сыншны зарядтар орналастыратын болса, _{сын, сын} т.б. зарядтарды зара серлесу кштері де ртрлі болады. т.б. кштер сйкес келеді. Алайда, кшіні шамасы сыншы, зарядты _СЫІІ шамасына
пропорционал боладытан, , яни бл атынас траты шама жне сыншы зарядты шамасына туелді емес екенін креміз, йткені сыншы зарядты шамасын анша лкейтсек, сонша рет кшті шамасы да седі. Бл атынасты электр рісін сипаттайтан шама ретіде абылдап алу табии нрсе.

Сонымен, электр рісін сипаттайтан векторлы шаманы электр рісінікернеулігі деп атайды.

(1.7)

, егер =1 болса, онда .

 

Кулон заы

Тынышталан нктелiк зарядтар (4.1 – сурет) арасындаы зара серлесу заы тжiрибе жзiнде 1785ж. Шарль Кулон анытаан жне оны есiмiмен аталады.

Кулон заы: Бостытаы екi озалмайтын зарядталан нктелiк денелердi зара серлесу кшi F (кулон кшi) жне зарядтарды модульдерiнi кбейтiндiсiне тура пропорционал жне оларды зара r араашытыыны квадратына керi пропорционал.

(4.1)

Мнда k – пропорционалды коэффициентi, санды мнi бiрлiк зарядтарды бiрлiк зындыына те араашытыта зара серлесу кшiне те.

k коэффициентiн мынадай трде жазу абылданан

мнда - электр тратысы, СИ жйесi бойынша мынаан те:

Коэффициент k СИ бiрлiгiнде жазылуы бойынша келесi трде рнектеледi:

 

Кулон заы

1785 жылы Ш. Кулонбралмалы таразымен жасаан тжірибеге

байланысты мыныдай орытындыа келді: здеріні млшері ара ашытыпен

салыстыранда млдем аз екі зарядталан дене бір-бірін заряд шамаларыны

кбейтіндісін тура, ал ара ашытыты квадратына кері кшпен тартады.

Кулон біртекті заряд бірін -бірі тебеді зарядтар біріне бірі тартылатындыын

белгіледі (нктелік дене зарядыны орнына нктелік заряд алынады ) .

– денені диэлектрлік тімділігі.

Денедегі электр зарядыны бар-жоын оларды зара серлесуінен байауа болады.Мысалы,аттас зарядты денелер бір-бірін тебеді,ал р аттас зарядты денелер бірін –бірі тартады.

2- сурет

Нктелік зарядтарды зара серлесу кшін сипаттайтын зады 1785 жылы Кулон анытады (Кулон Шарль Огюстен,1736-1806 жылдары мір срген ататы француз физигі).

Нктелік заряд деп осы денені электр зарядтарын тасымалдайтын,баса денелерге дейінгі ашытыымен салыстыранда млшерін ескермеуге болатын зарядталан денені айтады.

Кулон арнайы иірілмелі таразыны жрдемімен екі зарядталан шарларды зара сер кшін (F) олардаы зарядтар шамасына ( ) оларды ара ашытытарына ( ) байланысты згеруін зерттей отырып мынадай орытындыа келеді:

Нктелік екі зарядты зара сер кші рбір зарядтарды шамаларына тура пропорцинал жне оларды ара ашытыыны квадратына кері пропорцинал болады да ,осы зарядтарды аралыын осатын тзу сызыты бойымен баытталады.

;

(1.2)

Мндаы пропорционалды коэффициент.

 

3-сурет

Кулон заын вектор трінде былай жазуа болады:

(1.3)

Бл рнектегі бір зарядтан екіншіге арай жргізілген жне баыты заряда тсірілген кшіні баытымен дл келетін вектор деп арастыру керек./1.2/ рнек тен р аттас зарядтар болан кезде кшіні радиус-вектора арама-арсы баытталатынын,ал аттас зарядтар болан жадайда кшіні -ді баытымен баыттас болатыны крінеді.

Халыаралы жйеде зарядты лшем бірлігі ретінде Кулон (Кл) абылданан.Элементар электр заряды (электрон заряды)

Кулон тжірибесінде электр зарядтары ауада орналасан еді.Кейінгі тжірибелерді нтижесінде зарядтарды зара серлесу кшііне оларды оршаан ортаны едуір сер ететіндігі аныталды. Осы жадайда ескеріп.Кулон заын ауасыз/босты/орта шін былай жазамыз:

(1.4)

Мндаы -электрлік траты ( )

Электродинамиканы кптеген формулаларына 4 кбейткіші жне жарыты бостытаы жылдамдыына те электродинамикалы траты " С " енеді. Практикалы аса маызды формулаларда орнына орташа Кулон заындаы пропорционалды коэффициентті -ге те деп алады.

Белгілі бір орта шін:
(1.5)

мндаы - салыстырмалы диэлктрлік ортаны тімділігі.

( >1, ал босты шін =1, яни кез келген ортада серлесу кші лсірейді; - лшемсіз шама ).

-ортаны абсолютті диэлектрлік тімділігі электр за-
рядтрды зара серлесуіне оларды оршаан ортаны серін ес-
керетін шама).