Ideális gáz és reális gázok



Hasonló dokumentumok
A gáz halmazállapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

1. előadás. Gáztörvények. Fizika Biofizika I. 2015/2016. Kapcsolódó irodalom:

Melyik több? Egy szekrény súlya vagy egy papírlap tömege?

Az előadás vázlata: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: nagy közepes kicsi. Hőmérséklet, T tapasztalat (hideg, meleg).

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Légköri termodinamika

Méréstechnika. Hőmérséklet mérése

Atomok. szilárd. elsődleges kölcsönhatás. kovalens ionos fémes. gázok, folyadékok, szilárd anyagok. ionos fémek vegyületek ötvözetek

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

5. Állapotegyenletek : Az ideális gáz állapotegyenlet és a van der Waals állapotegyenlet

Hőtan ( első rész ) Hőmérséklet, szilárd tárgyak és folyadékok hőtágulása, gázok állapotjelzői

Mivel foglalkozik a hőtan?

2011/2012 tavaszi félév 2. óra. Tananyag:

Fizika. Fizika. Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK március 6.

Atomok. szilárd. elsődleges kölcsönhatás. kovalens ionos fémes. gázok, folyadékok, szilárd anyagok. ionos fémek vegyületek ötvözetek

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

2. A hőmérő kalibrálása. Előkészítő előadás

Általános kémia képletgyűjtemény. Atomszerkezet Tömegszám (A) A = Z + N Rendszám (Z) Neutronok száma (N) Mólok száma (n)

Az energia bevezetése az iskolába. Készítette: Rimai Anasztázia

Gáztörvények tesztek

Gáztörvények tesztek. 2. Azonos fajtájú ideális gáz különböző mennyiségei töltenek ki két hőszigetelt tartályt. Az egyik

Az előadás vázlata: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: nagy közepes kicsi. Hőmérséklet, T tapasztalat (hideg, meleg).

Hőtan I. főtétele tesztek

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

100 o C víz forrása 212 o F 0 o C víz olvadása 32 o F T F = 9/5 T C Példák: 37 o C (láz) = 98,6 o F 40 o C = 40 o F 20 o C = 68 o F

Digitális tananyag a fizika tanításához

Általános Kémia. Dr. Csonka Gábor 1. Gázok. Gázok. 2-1 Gáznyomás. Barométer. 6-2 Egyszerű gáztörvények. Manométer

Termodinamika. 1. rész

Termodinamika (Hőtan)

8. Belső energia, entalpia és entrópia ideális és nem ideális gázoknál

Műszaki termodinamika I. 2. előadás 0. főtétel, 1. főtétel, termodinamikai potenciálok, folyamatok

Égés és oltáselmélet I. (zárójelben a helyes válaszra adott pont)

1. Mi a termodinamikai rendszer? Miben különbözik egymástól a nyitott és a zárt termodinamikai

A hőmérséklet az anyagok egyik fizikai jellemzője, állapothatározó.

Művelettan 3 fejezete

Klasszikus zika Termodinamika I.

A van der Waals-gáz állapotegyenlete és a Joule Thompson-kísérlet Kiegészítés fizikus hallgatók számára

Tiszta anyagok fázisátmenetei

gáznál = 32, CO 2 gáznál 1+1=2, O 2 gáznál = 44)

Dr. Író Béla HŐ- ÉS ÁRAMLÁSTAN

71. A lineáris és térfogati hőtágulási tényező közötti összefüggés:

Munkaközegek. 1. Előadás Fázisok, fázisátmenetek és állapotegyenletek

Hőtágulás - szilárd és folyékony anyagoknál

Klasszikus zika Termodinamika III.

TERMIKUS KÖLCSÖNHATÁSOK

3. Gyakorlat Áramlástani feladatok és megoldásuk

ÁLTALÁNOS METEOROLÓGIA

2.11. A kétkomponensű rendszerek fázisegyensúlyai

1. Bevezetés. 1.1 A termodinamikai rendszer fogalma, típusai és jellemzése

Elméleti kérdések 11. osztály érettségire el ı készít ı csoport

Bor Pál Fizikaverseny tanév 8. évfolyam I. forduló Név: Név:... Iskola... Tanárod neve:...

Feladatlap X. osztály

Folyadékok. Molekulák: Gázok Folyadékok Szilárd anyagok. másodrendű kölcsönhatás növekszik. cseppfolyósíthatók hűtéssel és/vagy nyomással

Követelmények: f - részvétel az előadások 67 %-án - 3 db érvényes ZH (min. 50%) - 4 elfogadott laborjegyzőkönyv

Műszaki hőtantermodinamika. Műszaki menedzsereknek. BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

gáznál = 32, CO 2 gáznál 1+1=2, O 2 gáznál = 44)

Lázmérő. Bimetáll hőmérő. Digitális hőmérő. Galilei hőmérő. Folyadékos hőmérő

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

6. Termodinamikai egyensúlyok és a folyamatok iránya

2. A hőátadás formái és törvényei 2. A hőátadás formái Tapasztalat: tűz, füst, meleg edény füle, napozás Hőáramlás (konvekció) olyan folyamat,

Műszaki hőtan I. ellenőrző kérdések

MŰSZAKI TERMODINAMIKA 1. ÖSSZEGZŐ TANULMÁNYI TELJESÍTMÉNYÉRTÉKELÉS

Környezeti kémia: A termodinamika főtételei, a kémiai egyensúly

Fázisok. Fizikai kémia előadások 3. Turányi Tamás ELTE Kémiai Intézet. Fázisok

ÁLTALÁNOS METEOROLÓGIA 2. METEOROLÓGIAI MÉRSÉSEK MÉRÉSEK ÉS ÉS MEGFIGYELÉSEK

Termodinamika. Belső energia

FIZIKA. Ma igazán belemelegszünk! (hőtan) Dr. Seres István

A gázok. 1 mol. 1 mol H 2 gáz. 1 mol. 1 mol. O 2 gáz. NH 3 gáz. CH 4 gáz 24,5 dm ábra. Gázok moláris térfogata 25 o C-on és 0,1 MPa nyomáson.

4. Jellegzetes állapotváltozások; leírásuk: p-v, T-S, H-S diagramokban

TÖBBKOMPONENS RENDSZEREK FÁZISEGYENSÚLYAI II. Ismerjük fel, hogy többkomponens fázisegyensúlyokban a folyadék fázisnak kitüntetett szerepe van!

TestLine - Fizika 7. évfolyam folyadékok, gázok nyomása Minta feladatsor

TestLine - Fizika 7. évfolyam folyadékok, gázok nyomása Minta feladatsor

Fizika feladatok. 1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből november 28. Hővezetés, hőterjedés sugárzással. Ideális gázok állapotegyenlete

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Termodinamikai bevezető

Spontaneitás, entrópia

Halmazállapot-változások

(2006. október) Megoldás:

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

Általános Kémia GY, 2. tantermi gyakorlat

8. Gőz-folyadék egyensúly tanulmányozása kétkomponensű elegyekben. Előkészítő előadás

Axiomatikus felépítés az axiómák megalapozottságát a felépített elmélet teljesítképessége igazolja majd!

Folyadékok és gázok mechanikája

Transzportjelenségek

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

1. feladat Alkalmazzuk a mólhő meghatározását egy gázra. Izoterm és adiabatikus átalakulásokra a következőt kapjuk:

2. A higanyos hőmérő kalibrálása

Az anyagi rendszer fogalma, csoportosítása

Termodinamika. Tóth Mónika

Kémiai reakciók sebessége

Energia. Energia: munkavégző, vagy hőközlő képesség. Kinetikus energia: a mozgási energia


Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítı elıadás I.

A termodinamika törvényei

A hőmérséklet mérése

Átírás:

Ideális gáz és reális gázok Fizikai kémia előadások 1. Turányi Tamás ELTE Kémiai Intézet Állaotjelzők állaotjelző: egy fizikai rendszer makroszkoikus állaotát meghatározó mennyiség egykomonensű gázok állaotjelzői: anyagmennyiség, nyomás, térfogat és hőmérséklet n,,, T anyagmennyiség jele n, egysége a mól (az egység jelölése: mol): 1 mol anyagban N A = 6,0 10 3 számú részecske található, (Avogadro-állandó) nyomás definíciója = F/A, (F az A felületre merőlegesen ható erő nagysága) SI egysége a ascal (jele: Pa): 1 Pa = 1 N m - 1 bar= 10 5 Pa; 1 atm=760 Hgmm=760 torr=10135 Pa 1

Állaotjelzők egykomonensű gázok állaotjelzői: n,,, T térfogat jele, SI egysége a m 3 mólnyi anyag térfogata a m moláris térfogat hőmérséklet testek termikus állaota emirikus hőmérsékleti skálák: a testek tulajdonságai, a termikus állaotuktól függ. l. higany hőtágulása, borszesz hőtágulása, testek színe 3 Hőmérsékleti skálák 1: Fahrenheit Fahrenheit-skála (1709): Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736) 0 F (-17,77 C) 1709 telén mért fizikus, műszerkészítő leghidegebb hőmérséklet 100 F (37,77 C) Fahrenheit tehenének végbelében mért hőmérséklet A talontok között a beosztás lineáris (borszesz hőmérővel). Probléma: Fahrenheit-nek személyesen kellett másolatot csinálnia az eredeti hőmérőről (őshőmérő) Alsó és a felső talont önkényes Alsó és a felső talont nem rerodukálható utólag Egy őshőmérő kell a skála rerodukálásához 4

Hőmérsékleti skálák : Celsius Celsius-skála (174; 1750): 0 C olvadó jég hőmérséklete 1 atm levegőn 100 C forrásban levő víz hőmérséklete 1 atm levegőn A talontok között a beosztás lineáris (borszesz hőmérővel). Anders Celsius (1701-1744) svéd csillagász Probléma: ha más folyadékkal (l. Hg) töltik a hőmérőt, más skálát kaunk Alsó és a felső talont Alsó és a felső talont önkényes könnyen bárki rerodukálja mindenki tud saját hőmérőt csinálni 5 Hőmérsékleti skálák 3: Kelvin Kelvin-skála vagy abszolút hőmérsékleti skála (1848): Lord Kelvin született William Thomson (184-1907) skót fizikus 0 K (-73,15 C) ideális gáz extraolált nulla térfogata 73,16 K (0,01 C) víz hármasontjának hőmérséklete A talontok között a beosztás lineáris (ideális gázzal töltött hőmérővel). Probléma: ideális gáz nem létezik Alsó talont fizikailag jól meghatározott Felső talont önkényes, de rerodukálható utólag Ez a valódi ( termodinamikai ) hőmérsékletskála 6 3

A termodinamika nulladik főtétele Ha az A test termikus egyensúlyban van a B testtel, és B termikus egyensúlyban van a C testtel, akkor A és C is termikus egyensúlyban vannak egymással. Tanuláshoz: termikus egyensúlyról van szó, nem termodinamikai egyensúlyról! Értelmezése: B hőmérővel megmérjük előbb az A, majd a C test hőmérsékletét. Ha a hőmérő ugyanazt mutatja, akkor A és C hőmérséklete azonos. 7 A tökéletes gáz állaotegyenlete = n R T avagy m = R T nyomás (Pa) térfogat (m 3 ) n anyagmennyiség (mol) T hőmérséklet (K) R gázállandó R= 8.314 J K -1 mol -1 Regnault (rönyó) állandó magas hőmérsékleten és nem túl nagy nyomáson a tökéletes gáz állaotegyenlete általában jó közelítés. Henri ictor Regnault (1810-1878) francia vegyész DEF: Azokat a kézeletbeli gázokat, amelyekre az általános gáztörvény ontosan érvényes, ideális vagy tökéletes gázoknak nevezzük. 8 4

7 név az Eiffel-torony oldalán 9 Dalton törvénye DEF Gázelegyek esetében adott komonens arciális nyomásán azt a nyomást értjük, amit akkor mérhetnénk, ha a kérdéses komonens egyedül töltené be a rendelkezésre álló teljes térfogatot. T Dalton törvénye: egy ideális gázokból álló gázelegy nyomása a komonensek arciális nyomásainak összege. = ( n + n + K+ n )RT 1 K n RT n RT n RT 1 K = + + K+ = 1 + + K+ K n j x = n + n + j / RT = / RT j = 1 KnK j Tehát egy komonens móltörtje a arciális nyomás és az össznyomás hányadosa. John Dalton (1766-1844) angol vegyész 10 5

Reális gázok DEF komresszibilitási tényező Z = m / RT megmutatja az eltérést az ideális gáztörvénytől ideális gázokra Z=1 (mert ekkor m = RT ) 1,30 1,5 Z = m/rt 1,0 1,15 1,10 1,05 1,00 0,95 e d c b a 0,90 0 50 100 150 00 50 300 350 400 /bar nitrogéngáz komresszibilitási diagramja a jelentős hatások 10 bar felett vannak! f a: 33K (-40 C) b: 55 K (-18 C) c: 73 K ( 0 C) d: 37, K (54,05 C) e: 478 K (05 C) 11 Komresszibilitási diagram DEF komresszibilitási diagram: Z görbe 1,30 1,5 1,15 megtanulni: 1,10 - (közel) nulla nyomáson Z = 1 1,05 1,00 - ideális gázra Z = 1 mindig 0,95 - reális gáz nagy nyomáson Z nagy 0,90 - Boyle hőmérsékleten Z vízszintesen indul - Boyle hőmérséklet alatt: Z előbb 1 alá megy - Boyle hőmérséklet felett: Z rögtön emelkedni kezd Z = m/rt 1,0 e d c b a 0 50 100 150 00 50 300 350 400 /bar f DEF: Boyle hőmérséklet ezen a hőmérsékleten Z() vízszintesen indul jelentősége: Boyle hőmérsékleten reális gázok (közel) ideális gázként viselkednek nem túl nagy (l. < 30 bar) nyomáson N Boyle hőmérséklete: 54,05 C ( levegő szobahőmérsékleten közel ideális) Z() görbe alakja: behoradás lefelé: elkanyarodás felfelé: vonzó erők a molekulák között taszító erők / a molekuláknak van saját térfogata 1 6

Reális gázok állaotegyenletei T viriál állaotegyenlet Z = m / RT = 1+ B + C + K megtanulni: viriál állaotegyenlet a Z() görbét olinommal közelíti kihasználja, hogy ha =0 akkor Z=1 tetszőleges magasabb fokú olinom is lehet tetszőleges ontosság elérhető vele B, C... hőmérsékletfüggő taasztalati állandók vegyészmérnökök szeretik a nagy ontossága miatt Robert Boyle (167-1691) angol vegyész 13 Reális gázok állaotegyenletei. T van der Waals állaotegyenlet n a + = van der Waals ötlete: ( nb) nrt Johannes Diderik van der Waals (1837-193) vegyük az ideális gáz állaotegyenletét holland fizikus = n R T nyomást korrigálja egy taggal, ami a molekulák közötti vonzóerőket figyelembe veszi. Ennek taasztalati állandója a. doboztérfogatból levonja a molekulák saját térfogatát. Ez egy mólra b, n mólra edig nb a és b hőmérsékletfüggetlen taasztalati állandók nem túl ontos, de fizikusok szeretik (egyszerű állaotegyenlet reális gázokra) 7

Tökéletes gázok izotermái DEF gázok izotermái: görbe állandó hőmérsékleten (x-tengely: térfogat, y-tengely: nyomás) alacsonyabb hőmérséklet: az izoterma egyre közelebb kerül a tengelyekhez a hierbola-alak megmarad (mert = állandó) 15 Reális gázok izotermái c C T 1 T T c c T 3 T 4 magas hőmérséklet: közel hierbola (közel ideális gáz) kisebb hőmérséklet: torzult hierbola kritikus izoterma: megjelenik egy vízszintes érintőjű ont (kritikus ont) kritikus hőmérséklet: a kritikus izotermához tartozó hőmérséklet kritikus nyomás: a kritikus onthoz tartozó nyomás kritikus moláris térfogat: a kritikus onthoz tartozó moláris térfogat kritikus hőmérséklet: ennél magasabb hőmérsékleten gázokat nem lehet összenyomással csefolyósítani 16 8

Reális gázok izotermái. széndioxid megmért izotermái kritikus hőmérséklet: 304,3 K (31,1 C) kritikus nyomás: 7.38 MPa (73,8 bar) kritikus hőmérséklet felett: kritikus hőmérséklet alatti légnemű: gáz gőz (összenyomással csefolyósítható) szürke tartomány: gőz/folyadék egyensúly, nyomása az egyensúly gőznyomás szürke tartománytól balra, kritikus hőmérséklet alatt: folyadék 17 Ideális gáz és reális gázok téma ÉGE 18 9