GÁZOS ELŐADÁS

1. GÁZOS ELŐADÁS

2. Ideális gáz • Mint minden test a gáz is részecskék (atomok, ionok, molekulák) összessége. Például a szódavízben egyetlen 1 mm sugarú buborék 1017 db szén-dioxid-molekulát tartalmaz. • A gázban lévő részecskék számát Avogadro-törvénye határozza meg: Minden anyag mólnyi mennyisége 6,022·1023 db részecskét tartalmaz. Vagyis bármely testben a részecskék számának és az anyagmennyiségnek a hányadosa állandó. Ezt nevezzük Avogadro számnak: • NA= 6,022·1023 1/mol • NA=N/n, ahol n az anyagmennyiség • Az elég ritka gázokat jó közelítéssel ideális gázoknak nevezzük. • A valódi gázok annál inkább ideálisnak tekinthetők, minél kisebb a sűrűségük, és minél magasabb a hőmérsékletük. • Ideális gáz a valóságban nincs, de vannak olyan gázok, amelyek szokásos körülmények között ideálisnak tekinthetők. • Pl.: levegő, oxigéngáz, hidrogéngáz., nitrogén és az atomos felépítésű nemesgázok (hélium, argon,kripton, stb.)

3. Anyagmennyiség – Avogadro-állandó Mi az az anyagmennyiség? Az anyagmennyiség az anyagot felépítő részecskék száma. Mi a jele és a mértékegysége? Az anyagmennyiség jele: n, mértékegysége a mol. Mit jelent 1 mól? 12 g 12C-t vettek egységnek  1 mólnyi az az anyagmennyiség, amely ugyanannyi részecskét tartalmaz, mint amennyi atom van a 12 g 12C-ben. Mennyi egy mól? 1 mól anyagmennyiségű részecske = 6∙1023db részecske Mi az az Avogadro-állandó? Az anyagmennyiség minden körülmények között, anyagi minőségtől függetlenül állandó érték, azaz 1 mól mindig 6∙1023 db részecskét jelent. Ez az Avogadro-állandó, jele: NA, mértékegysége:1/mol.

4. Moláris tömeg Mit jelent a moláris tömeg? Az anyagok (elemek és vegyületek) 1 móljának tömege. Mi a jele és a mértékegysége? Jele: M, mértékegysége g/mol. Milyen kapcsolatban áll az elem relatív atomtömegével? A moláris atomtömeg számértékben megegyezik az elem relatív atomtömegével, de mértékegység (g/mol) is társul hozzá, pl. Ar(Cu) = 63,5  M(Cu) = 63,5 g/mol. Mi az összefüggés az anyagmennyiség, a tömeg és a moláris tömeg között? n=m/M

5. Állapotjelzők A gázok tulajdonságai alapján értelmezhetjük az ideális gázok állapotjelzőit. Az állapotjelzők egyértelműen meghatározzák a gáz egyensúlyi állapotát. Ezek az állapotjelzők nem függetlenek egymástól, ha közülük kettőt ismerünk, akkor a többi meghatározható. Nyomás: Abból származik, hogy a részecskék mozgásuk sorsán rugalmasan ütköznek a tárolóedény falával. Jele: p M.e.: Pa (pascal) Hőmérséklet: A részecskék szakadatlan, rendezetlen mozgást végeznek. A hőmérséklet a részecskék mozgásával kapcsolatos. Minél nagyobb a részecskék sebessége, annál nagyobb a gáz hőmérséklete. Jele: T M.e.: K (kelvin)

6. Térfogat: Mivel a gázok mindig kitöltik a rendelkezésre álló teret, bármely gáz térfogata megegyezik annak az edénynek a térfogatával, melyben a gáz található. Tehát ez a térfogat matematikai számításokkal, esetleg fizikai mérésekkel meghatározható. Ezt megmérhetjük fizikai módszerrel is, ha a tárolóedényt feltöltjük vízzel, majd ennek a víznek a térfogatát állapítjuk meg mérőhenger segítségével. Jele: V M.e.: m3 ((Tömeg A gáz tömegét is mérni tudjuk olyan csappal ellátott edény felhasználásával, amelyből ki lehet a gázt szivattyúzni. A gáz tömege a gázzal töltött edény és a légüres teret tartalmazó edény tömegének különbsége. Jele: m M.e.: kg)) E három állapotjelző (p, V, T) közötti kapcsolatot az ideális gáz állapotegyenlete fejezi ki.

7. Állapotváltozások • Izotermikus: T = állandó (Boyle-Mariotte-törvény) • Izobár: p = állandó (Gay-Lussac I. törvénye) • Izochor: V = állandó (Gay-Lussac II. törvénye)

8. Gáztörvények Néhány alapfogalom: abszolút hőmérséklet (Kelvin-skála, nulla Kelvin= –273 oC), állapotjelzők (nyomás, abszolút hőmérséklet, térfogat). Boyle-Mariotte (két ember, egymástól függetlenül fedezték fel a törvényt állandó hőmérsékletre): A Boyle–Mariotte-törvény kimondja, hogy egy adott mennyiségű ideális gáz térfogatának és nyomásának szorzata egy adott hőmérsékleten állandó: pV=állandó.

9. Boyle–Mariotte-törvény A hőmérséklet állandó p ∙V = állandó Izotermikus állapotváltozás Állapotváltozások szemléltetése: p-V diagram

10. Boyle–Mariotte törvényhőmérséklet állandó-izotermikus

11. Gay-Lussac I. törvénye Gay-Lussac I. törvénye: állandó tömegű ideális gáz állandó nyomásontörténő állapotváltozásakor a gáz térfogata egyenesen arányos a gáz abszolút hőmérsékletével: V/T=állandó. vagy Meghatározott tömegű gáz állandó nyomáson mért térfogatváltozása (ΔV) egyenesen arányos a gáz 00C-on mért térfogatával (V0) és a hőmérséklet változással (ΔT). ΔV= (1/273) ∙ V0∙ ΔT ha p és N állandó

12. Gay-Lussac I. törvénye állandó nyomáson-izobár

13. Gay-Lussac II. törvénye Gay-Lussac II. törvénye: állandó tömegű ideális gáz állandó térfogatontörténő állapotváltozásakor a gáz nyomása egyenesen arányos a gáz abszolút hőmérsékletével: p/T=állandó. vagy Meghatározott tömegű gáz állandó térfogaton mért nyomásváltozása (Δp) egyenesen arányos a gáz 00C-on mért nyomásával (p0) és a hőmérséklet változással (ΔT). Δp= (1/273) ∙ p0∙ ΔT ha V és N állandó

14. Gay-Lussac II. törvénye állandó térfogaton-izochor

15. Gáztörvények előfordulása, alkalmazása • Ha szén-dioxidot palackból kiengedünk, erősen lehűl: így is készülhet szárazjég (nyomás lecsökken, hőmérséklet is) (G-L.2.) • Hőlégballon: hőmérséklet emelésével növekszik a térfogat, ezért emelkedik fel (G-L.1.) • Biciklikerék: ha ráülünk a biciklire, laposabb lesz a kerék kicsit (B-M.) (bár ez nem teljesen tökéletes példa, mert a gumikerék rugalmas bizonyos mértékig)

16. KINETIKUS GÁZELMÉLET • A kinetikus gázelmélet olyan elmélet, amely az anyag tulajdonságait a molekulák mozgásának függvényében magyarázza. (Brown-mozgás, belső energia, állapotjelzők) • A részecskék nagy száma miatt azok mozgását külön-külön leírni lehetetlen ezért csak a gáz egészét jellemző mennyiségek között kereshetünk kapcsolatot.

17. A kinetikus gázelmélet • Leukipposz, Demokritosz, Dalton: Az anyag atomokból áll • Avogadro: Molekulák • Brown-mozgás, diffúzió, hőmozgás • A kinetikus gázelmélet alapfeltevései: • ideális gáz: atomok/molekulák, pontszerűek • nagyszámú részecske (~1024) • gázrészecskék egymással és az edény falával ütköznek, más kölcsönhatás nincs • egyensúlyban a gázrészecskék egyenletesen kitöltik a teret

18. Kinetikus gázelmélet • csak haladó mozgás • csak az edény falával való ütközés

19. Általános gáztörvény IDEÁLIS GÁZOKÁLLAPOTEGYENLETE • n: anyagmennyiség [mol] • N: részecskeszám • p: nyomás • V: térfogyat • T: hőmérséklet • R: univerzális gázállandó (=8,31 J/mol K) • NA: Avogadro-féle szám (=6,02*1023) • k: Boltzmann állandó (=1,38*10-23 J/K)

20. p 2 p2 T2 1 p1 T1 v v2 v1 Az általános gáztörvény X px

21. Adiabatikus állapotváltozás • Adiabatikus állapotváltozásnál a rendszer és környezete között nincs hőcsere, a rendszer tökéletesen hőszigetelt vagy az állapotváltozás olyan gyors, hogy nincs idő hőcserére • Az adiabatikus állapotváltozás során mindegyik állapotjelző megváltozik • A rendszer munkát csak a belső energia rovására végezhet, a befektetett munka pedig, a belső energiát növeli.

22. Adiabatikus állapotváltozás ábrázolása p Mi az összefüggés az állapotjelzők között ilyen esetben? Mi az egyenlete az adiabatának? 2 p2 T2 1 p1 T1 v v2 v1

23. ÉRDEKES LINKEK • http://phet.colorado.edu/en/simulations/category/physics • (EZ UGYAN ANGOL NYELVŰ, de hát Önök jól tudnak angolul!) • www.sdt.sulinet.hu • http://www.szertar.com/ • http://realika.educatio.hu/ • http://metal.elte.hu/~phexp (kísérletek) Dr. Juhász András • HA VALAKI VALAMILYEN ÉRDEKESET TALÁL A NETEN SZÓLJON NEKEM, HOGY BŐVÍTHESSÜK A LISTÁT!!!

24. FELHASZNÁLT IRODALOM • Fizika 10-Maxim Kiadó • www.sdt.sulinet.hu • Ötösöm lesz fizikából-Gulyás János...-Műszaki Kiadó • Fizika Középiskolásoknak - Dr. Siposs András-Korona Kiadó • Fizika Hőtan - Dr. Zátonyi – Ifj. Zátonyi • Fizika Szakközépiskolai Összefoglaló Feladatgyűjtemény • http://metal.elte.hu/~phexp (kísérletek) Dr. Juhász András • http://www.sg.hu • www.magfuzio.hu • Wikipedia, stb más internetes anyagok • www.tar.hu/fizfoto • www.tar.hu/fizrajz • www.extra.hu/keretfizika • www.ntk.hu • www.nettankonyv.hu