ბოლცმანის განაწილება ნაწილაკებისთვის პოტენციურ ველში. იდეალური გაზი გარე პოტენციურ ველში

იდეალური გაზი იყოს კონსერვატიული ძალების ველში თერმული წონასწორობის პირობებში. ამ შემთხვევაში, აირის კონცენტრაცია განსხვავებული იქნება სხვადასხვა პოტენციური ენერგიის მქონე წერტილებში, რაც აუცილებელია მექანიკური წონასწორობის პირობების შესასრულებლად. ასე რომ, მოლეკულების რაოდენობა ერთეულ მოცულობაში მცირდება დედამიწის ზედაპირიდან დაშორებასთან ერთად და წნევა, ურთიერთობის გამო P = nkT, ეცემა.

თუ ცნობილია მოლეკულების რაოდენობა ერთეულ მოცულობაში, მაშინ ცნობილია წნევაც და პირიქით. წნევა და სიმკვრივე ერთმანეთის პროპორციულია, რადგან ტემპერატურა ჩვენს შემთხვევაში მუდმივია. წნევა უნდა გაიზარდოს სიმაღლის კლებასთან ერთად, რადგან ქვედა ფენა უნდა გაუძლოს ზემოთ მდებარე ყველა ატომის წონას.

მოლეკულური კინეტიკური თეორიის ძირითადი განტოლების საფუძველზე: P = nkT, ჩანაცვლება და P0ბარომეტრულ ფორმულაში (2.4.1) on და n 0და მიიღე ბოლცმანის განაწილება გაზის მოლური მასისთვის:

ვინაიდან a, მაშინ (2.5.1) შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც

ნახაზი 2.11 გვიჩვენებს სხვადასხვა აირების კონცენტრაციის დამოკიდებულებას სიმაღლეზე. ჩანს, რომ მძიმე მოლეკულების რაოდენობა უფრო სწრაფად მცირდება სიმაღლით, ვიდრე მსუბუქი.

ბოლცმანმა დაამტკიცა, რომ მიმართება (2.5.3) მოქმედებს არა მხოლოდ გრავიტაციული ძალების პოტენციურ ველში, არამედ ნებისმიერ პოტენციურ ველში, ნებისმიერი იდენტური ნაწილაკების შეგროვებისთვის ქაოტური თერმული მოძრაობის მდგომარეობაში.

ბოლცმანის კანონი ნაწილაკების განაწილების შესახებ გარე პოტენციურ ველში

მოლეკულური ფიზიკა და თერმოდინამიკა

ბოლცმანი ლუდვიგი(1844-1906), ავსტრიელი ფიზიკოსი, სტატისტიკური ფიზიკისა და ფიზიკური კინეტიკის ერთ-ერთი ფუძემდებელი, პეტერბურგის მეცნიერებათა აკადემიის უცხოელი კორესპონდენტი (1899). მან გამოიტანა მისი სახელობის განაწილების ფუნქცია და აირების ძირითადი კინეტიკური განტოლება. მისცა (1872) თერმოდინამიკის მეორე კანონის სტატისტიკური დასაბუთება. მან გამოიტანა თერმული გამოსხივების ერთ-ერთი კანონი (შტეფან-ბოლცმანის კანონი).

ქაოტური მოძრაობის გამო ფიზიკური სისტემის (მაკროსკოპული სხეულის) თითოეული ნაწილაკების (მოლეკულა, ატომი და სხვ.) პოზიციის ცვლილებები შემთხვევითი პროცესის ხასიათს ატარებს. მაშასადამე, შეგვიძლია ვისაუბროთ სივრცის კონკრეტულ რეგიონში ნაწილაკების პოვნის ალბათობაზე.

კინემატიკიდან ცნობილია, რომ ნაწილაკის პოზიცია სივრცეში ხასიათდება მისი რადიუსის ვექტორით ან კოორდინატებით.

განვიხილოთ dW() ალბათობა, რომ აღმოაჩინოს ნაწილაკი სივრცის რეგიონში, რომელიც განსაზღვრულია რადიუს-ვექტორის მნიშვნელობების მცირე ინტერვალით, თუ ფიზიკური სისტემა თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობაშია.

ვექტორული ინტერვალი გაიზომება მოცულობით dV=dxdydz.

ალბათობის სიმკვრივე (რადიუს-ვექტორული სიდიდეების განაწილების ალბათობის ფუნქცია)

.

ნაწილაკი დროის მოცემულ მომენტში რეალურად არის სადღაც მითითებულ სივრცეში, რაც ნიშნავს, რომ ნორმალიზაციის პირობა უნდა დაკმაყოფილდეს:

ვიპოვოთ კლასიკური იდეალური აირის ნაწილაკების განაწილების ალბათობის ფუნქცია f(). გაზი იკავებს მთელ მოცულობას V და იმყოფება თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობაში T ტემპერატურასთან.

გარე ძალის ველის არარსებობის შემთხვევაში, თითოეული ნაწილაკის ყველა პოზიცია თანაბრად სავარაუდოა, ე.ი. გაზი იკავებს მთელ მოცულობას იგივე სიმკვრივით. ამიტომ f() = c onst.

ნორმალიზაციის პირობის გამოყენებით, ჩვენ ვხვდებით, რომ

,

თუ გაზის ნაწილაკების რაოდენობა არის N, მაშინ კონცენტრაცია არის n = N/V.

ამიტომ f(r) =n/N.

დასკვნა: გარე ძალის ველის არარსებობის შემთხვევაში, ალბათობა dW(), რომ აღმოაჩინოს იდეალური აირის ნაწილაკი dV მოცულობით, არ არის დამოკიდებული ამ მოცულობის პოზიციაზე სივრცეში, ე.ი. .

მოდით მოვათავსოთ იდეალური გაზი გარე ძალის ველში.

გაზის ნაწილაკების სივრცითი გადანაწილების შედეგად, ალბათობის სიმკვრივე f() ¹ c onst.

აირის ნაწილაკების კონცენტრაცია n და მისი წნევა P განსხვავებული იქნება, ე.ი. ზღვარში, სადაც D N არის ნაწილაკების საშუალო რაოდენობა D V მოცულობაში და წნევა ლიმიტში, სადაც D F არის საშუალო ძალის აბსოლუტური მნიშვნელობა, რომელიც ნორმალურად მოქმედებს D S ფართობზე.

თუ გარე ველის ძალები პოტენციურია და მოქმედებენ იმავე მიმართულებით (მაგალითად, დედამიწის გრავიტაცია მიმართულია z ღერძის გასწვრივ), მაშინ წნევის ძალები, რომლებიც მოქმედებენ ფუძის ზედა dS 2 და ქვედა dS 1-ზე. მოცულობა dV არ იქნება ერთმანეთის ტოლი (ნახ. 2.2).

ამ შემთხვევაში წნევის ძალების განსხვავება dF dS 1 და dS 2 ფუძეებზე უნდა ანაზღაურდეს გარე ველის ძალების მოქმედებით.

წნევის საერთო სხვაობა dF = nGdV,

სადაც G არის ძალა, რომელიც მოქმედებს ერთ ნაწილაკზე გარე ველიდან.

წნევის ძალების სხვაობა (წნევის განსაზღვრებით) dF = dPdxdy. ამიტომ, dP = nGdz.

მექანიკიდან ცნობილია, რომ ნაწილაკების პოტენციური ენერგია გარე ძალის ველში დაკავშირებულია ამ ველის სიძლიერესთან მიმართებით.

მაშინ წნევის სხვაობა არჩეული მოცულობის ზედა და ქვედა ფუძეებზე არის dP = - n dW p.

ფიზიკური სისტემის თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობაში მისი ტემპერატურა T მოცულობის dV ყველგან ერთნაირია. ამიტომ, ჩვენ ვიყენებთ მდგომარეობის იდეალური გაზის განტოლებას dP = kTdn წნევისთვის.

ბოლო ორი ტოლობის ერთად ამოხსნით, მივიღებთ ამას

— ndW p = kTdn ან .

გარდაქმნების შემდეგ ჩვენ ვხვდებით ამას

,

სადაც ℓ n o არის ინტეგრაციის მუდმივი (n o არის ნაწილაკების კონცენტრაცია სივრცეში იმ ადგილას, სადაც W p =0).

გაძლიერების შემდეგ ვიღებთ

.

დასკვნა: თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობაში იდეალური აირის ნაწილაკების კონცენტრაცია (სიმკვრივე) გარე ძალის ველში იცვლება ფორმულით (2.11) განსაზღვრული კანონის მიხედვით, რომელიც ე.წ. ბოლცმანის განაწილება.

(2.11) გათვალისწინებით, სიმძიმის ველში მოლეკულების განაწილების ალბათობის ფუნქცია იღებს ფორმას

.

იდეალური აირის ნაწილაკის აღმოჩენის ალბათობა dV მოცულობით, რომელიც მდებარეობს რადიუსის ვექტორით განსაზღვრულ წერტილში, შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც

.

იდეალური გაზისთვის წნევა კონცენტრაციისგან განსხვავდება მხოლოდ მუდმივი ფაქტორით kT (P=nkT).

ამიტომ, ასეთი გაზებისთვის, წნევა

,

მოდით გამოვიყენოთ ბოლცმანის განაწილება ატმოსფერულ ჰაერზე დედამიწის გრავიტაციულ ველში.

დედამიწის ატმოსფეროს შემადგენლობაში შედის აირები: აზოტი - 78,1%; ჟანგბადი - 21%; არგონი-0,9%. ატმოსფეროს მასა არის -5,15 × 10 18 კგ. 20-25 კმ სიმაღლეზე არის ოზონის შრე.

დედამიწის ზედაპირთან ახლოს, ჰაერის ნაწილაკების პოტენციური ენერგია h W p = m o gh სიმაღლეზე, სადაც m o არის ნაწილაკების მასა.

პოტენციური ენერგია დედამიწის დონეზე (h=0) ნულის ტოლია (W p =0).

თუ თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობაში დედამიწის ატმოსფეროს ნაწილაკებს აქვთ ტემპერატურა T, მაშინ ატმოსფერული ჰაერის წნევის ცვლილება სიმაღლესთან ერთად ხდება კანონის მიხედვით.

.

ფორმულა (2.15) ე.წ ბარომეტრული ფორმულა; გამოიყენება იშვიათი გაზის ნარევებზე.

დასკვნა: დედამიწის ატმოსფეროსთვის რაც უფრო მძიმეა გაზი, მით უფრო სწრაფად ეცემა მისი წნევა სიმაღლის მიხედვით, ე.ი. სიმაღლის მატებასთან ერთად ატმოსფერო უფრო და უფრო უნდა გამდიდრდეს მსუბუქი გაზებით. ტემპერატურის ცვლილებების გამო, ატმოსფერო არ არის წონასწორობაში. ამიტომ, ბარომეტრული ფორმულა შეიძლება გამოყენებულ იქნას მცირე უბნებზე, რომლებშიც ტემპერატურის ცვლილება არ არის. გარდა ამისა, დედამიწის ატმოსფეროს არაწონასწორობაზე გავლენას ახდენს დედამიწის გრავიტაციული ველი, რომელიც მას პლანეტის ზედაპირთან ახლოს ვერ ინახავს. ხდება ატმოსფეროს გაფანტვა და რაც უფრო სწრაფია, მით უფრო სუსტია გრავიტაციული ველი. მაგალითად, დედამიწის ატმოსფერო საკმაოდ ნელა იშლება. დედამიწის არსებობის დროს (

4-5 მილიარდი წლის განმავლობაში), მან დაკარგა ატმოსფეროს მცირე ნაწილი (ძირითადად მსუბუქი აირები: წყალბადი, ჰელიუმი და სხვ.).

მთვარის გრავიტაციული ველი დედამიწისაზე სუსტია, ამიტომ მან თითქმის მთლიანად დაკარგა ატმოსფერო.

დედამიწის ატმოსფეროს არაწონასწორობა შეიძლება დადასტურდეს შემდეგნაირად. დავუშვათ, რომ დედამიწის ატმოსფერო მივიდა თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობაში და მისი სივრცის ნებისმიერ წერტილში მას აქვს მუდმივი ტემპერატურა. ვიყენებთ ბოლცმანის ფორმულას (2.11), რომელშიც პოტენციური ენერგიის როლს ასრულებს დედამიწის გრავიტაციული ველის პოტენციური ენერგია, ე.ი.

სადაც g არის გრავიტაციული მუდმივი; Mz არის დედამიწის მასა; m o არის ჰაერის ნაწილაკების მასა; r არის ნაწილაკების მანძილი დედამიწის ცენტრიდან.

r ® ¥ W p =0. ამრიგად, ბოლცმანის განაწილება (2.11) იღებს ფორმას

,

files.lib.sfu-kras.ru

11.2 იდეალური აირის მოლეკულების განაწილების კანონი გარე ძალის ველში

აირების კინეტიკური თეორიისა და მაქსველის განაწილების კანონის განხილვისას, ვარაუდობდნენ, რომ არანაირი ძალა არ მოქმედებს გაზის მოლეკულებზე, გარდა მოლეკულური ზემოქმედებისა. ამიტომ, მოლეკულები თანაბრად ნაწილდება ჭურჭელში. სინამდვილეში, ნებისმიერი გაზის მოლეკულები ყოველთვის დედამიწის გრავიტაციულ ველშია. შედეგად, m მასის თითოეული მოლეკულა განიცდის გრავიტაციის მოქმედებას f =mg.

გამოვყოთ გაზის მოცულობის ჰორიზონტალური ელემენტი dh სიმაღლით და ფუძის ფართობით S (სურ. 11.2). ჩვენ ვვარაუდობთ, რომ აირი ერთგვაროვანია და მისი ტემპერატურა მუდმივი. ამ მოცულობის მოლეკულების რაოდენობა უდრის მისი მოცულობის ნამრავლს dV=Sdh მოლეკულების რაოდენობის ერთეულ მოცულობაზე. მოლეკულების ჯამური წონა შერჩეულ ელემენტში უდრის

dF წონის მოქმედება იწვევს წნევას ტოლი

მინუს - იმიტომ როგორც dh იზრდება, წნევა მცირდება. მოლეკულური კინეტიკური თეორიის ძირითადი განტოლების მიხედვით

(11.2) და (11.3) მარჯვენა გვერდების გაუტოლებით მივიღებთ


ან

ამ გამოხატვის ინტეგრირება დიაპაზონში h-მდე (შესაბამისად, კონცენტრაცია მერყეობს n-დან):


ვიღებთ

მიღებული გამონათქვამის გაძლიერება, ჩვენ ვპოულობთ

ექსპონენტს ექსპლუატაციის დროს აქვს ფაქტორი, რომელიც განსაზღვრავს გაზის მოლეკულების პოტენციური ენერგიის ზრდას. თუ მოლეკულას გადავიტანთ დონიდან h დონეზე, მაშინ მისი პოტენციური ენერგიის ცვლილება იქნება

შემდეგ მოლეკულების კონცენტრაციის განტოლება გარდაიქმნება ფორმაში

ეს განტოლება ასახავს ბოლცმანის ზოგად კანონს და იძლევა ნაწილაკების რაოდენობის განაწილებას მათი პოტენციური ენერგიის მიხედვით. იგი გამოიყენება ძალის ველში ნაწილაკების ნებისმიერ სისტემაზე, მაგალითად, ელექტრულში.

physics-lectures.ru

ბოლცმანის განაწილება

გაუგებარია?

სცადეთ დახმარებისთვის მიმართოთ მასწავლებლებს.

დავუშვათ, რომ გაზი არის გარე პოტენციურ ველში. ამ შემთხვევაში, $m_0\ ,$ მოძრავი $m_0\ ,$ სიჩქარით მოძრავი გაზის მოლეკულას აქვს ენერგია $_p$, რომელიც გამოიხატება ფორმულით:

ამ ნაწილაკების პოვნის ალბათობა ($dw$) ფაზის მოცულობაში $dxdydzdp_xdp_ydp_z$ არის:

ნაწილაკების კოორდინატების და მისი მომენტების ალბათობის სიმკვრივეები დამოუკიდებელია, ამიტომ:

ფორმულა (5) იძლევა მაქსველის განაწილებას მოლეკულური სიჩქარისთვის. მოდით უფრო ახლოს მივხედოთ გამონათქვამს (4), რომელიც მივყავართ ბოლცმანის განაწილებამდე. $dw_1\left(x,y,z\right)$ არის $dxdydz$ მოცულობით ნაწილაკის პოვნის ალბათობის სიმკვრივე წერტილთან ახლოს $\left(x,y,z\right)$ კოორდინატებით. ჩვენ ვივარაუდებთ, რომ გაზის მოლეკულები დამოუკიდებელია და არჩეულ გაზის მოცულობაში არის n ნაწილაკი. შემდეგ, ალბათობების დამატების ფორმულის მიხედვით, ვიღებთ:

კოეფიციენტი $A_1$ გვხვდება ნორმალიზაციის მდგომარეობიდან, რაც ჩვენს შემთხვევაში ნიშნავს, რომ არჩეულ მოცულობაში არის n ნაწილაკი:

როგორია ბოლცმანის განაწილება

ბოლცმანის განაწილებას ეწოდება გამოთქმა:

გამოხატულება (8) განსაზღვრავს ნაწილაკების კონცენტრაციის სივრცით განაწილებას მათი პოტენციური ენერგიის მიხედვით. კოეფიციენტი $A_1$ არ არის გამოთვლილი, თუ საჭიროა მხოლოდ ნაწილაკების კონცენტრაციის განაწილების ცოდნა და არა მათი რიცხვი. დავუშვათ, რომ კონცენტრაცია $n_0$=$n_0$ $(x_0,y_ z_0)=\frac $ მოცემულია წერტილში ($x_0,y_ z_0$), პოტენციური ენერგია იმავე წერტილში არის $U_0=U_0 \left(x_0,y_ z_0\right).$ აღნიშნეთ ნაწილაკების კონცენტრაცია წერტილში (x,y,z) $n_0\ \left(x,y,z\right).\ $შეცვალეთ მონაცემები ფორმულაში. (8), ვიღებთ ერთ ქულას:

მეორე პუნქტისთვის:

გამოხატეთ $A_1$ (9-დან), ჩაანაცვლეთ (10):

ყველაზე ხშირად, ბოლცმანის განაწილება გამოიყენება ფორმით (11). განსაკუთრებით მოსახერხებელია ისეთი ნორმალიზაციის არჩევა, რომ $U_0\left(x,y,z\right)=0$.

ბოლცმანის განაწილება გრავიტაციის ველში

ბოლცმანის განაწილება გრავიტაციის ველში შეიძლება დაიწეროს შემდეგი სახით:

სადაც $U\left(x,y,z\right)=m_0gz$ არის $m_0$ მასის მოლეკულის პოტენციური ენერგია დედამიწის გრავიტაციულ ველში, $g$ არის გრავიტაციული აჩქარება, $z$ არის სიმაღლე. ან გაზის სიმკვრივისთვის, განაწილება (12) დაიწერება როგორც:

გამოხატვას (13) ეწოდება ბარომეტრული ფორმულა.

ბოლცმანის განაწილების გამოყვანისას, ნაწილაკების მასაზე შეზღუდვები არ იყო გამოყენებული. ამიტომ, იგი გამოიყენება მძიმე ნაწილაკებზეც. თუ ნაწილაკების მასა დიდია, მაშინ მაჩვენებელი სწრაფად იცვლება სიმაღლესთან ერთად. ამრიგად, თავად მაჩვენებელი სწრაფად მიისწრაფვის ნულისკენ. იმისთვის, რომ მძიმე ნაწილაკები „ძირში არ ჩაიძიროს“, აუცილებელია მათი პოტენციური ენერგია მცირე იყოს. ეს მიიღწევა, თუ ნაწილაკები მოთავსებულია, მაგალითად, მკვრივ სითხეში. U(h) ნაწილაკის პოტენციური ენერგია h სიმაღლეზე, შეჩერებულია სითხეში:

სადაც $V_0$ არის ნაწილაკების მოცულობა, $\rho $ არის ნაწილაკების სიმკვრივე, $_0$ არის სითხის სიმკვრივე, h არის მანძილი (სიმაღლე) ჭურჭლის ფსკერიდან. ამრიგად, სითხეში შეჩერებული ნაწილაკების კონცენტრაციის განაწილება:

იმისათვის, რომ ეფექტი იყოს შესამჩნევი, ნაწილაკები უნდა იყოს მცირე. ვიზუალურად, ეს ეფექტი შეინიშნება მიკროსკოპის გამოყენებით.

ძალიან ზარმაცი წასაკითხად?

ჰკითხეთ ექსპერტებს და მიიღეთ
პასუხი 15 წუთში!

საშუალო თავისუფალი გზამოლეკულა უდრის მოლეკულის მიერ 1 წამში გავლილი გზის თანაფარდობას ამ დროის განმავლობაში მომხდარი შეჯახებების რაოდენობასთან: = / =1/(42r 2 n 0).

24. იდეალური აირის შიდა ენერგია.

შინაგანი ენერგიაარის მოლეკულური ურთიერთქმედების ენერგიისა და მოლეკულების თერმული მოძრაობის ენერგიის ჯამი.

სისტემის შინაგანი ენერგია დამოკიდებულია მხოლოდ მის მდგომარეობაზე და არის სახელმწიფოს ერთმნიშვნელოვანი ფუნქცია.

შინაგანი ენერგიაიდეალური გაზი პროპორციულია აირის მასისა და მისი თერმოდინამიკური ტემპერატურისა.

გაზის მუშაობა გაფართოების დროს.

დგუშის ქვეშ ცილინდრში იყოს გაზი, რომელიც იკავებს V მოცულობას p წნევის ქვეშ. დგუშის ფართობი S. ძალა, რომლითაც აირი აჭერს დგუშს, F=pS. როდესაც გაზი ფართოვდება, დგუში ესმით dh სიმაღლეზე, ხოლო გაზი მუშაობს A=Fdh=pSdh. მაგრამ Sdh=dV არის გაზის მოცულობის ზრდა. აქედან გამომდინარე ელემენტარული სამუშაო A=pdV. მთლიანი სამუშაო A, რომელიც შესრულებულია გაზის მიერ, როდესაც მისი მოცულობა იცვლება V1-დან V2-მდე, ნაპოვნია ინტეგრაციის გზით

ინტეგრაციის შედეგი დამოკიდებულია აირებში მიმდინარე პროცესზე.

იზოქორული პროცესით V=const, შესაბამისად, dV=0 და A=0.

იზობარული პროცესით p=const, მაშინ

გაზის იზობარული გაფართოების დროს შესრულებული სამუშაო უდრის გაზის წნევისა და მოცულობის ზრდის ნამრავლს.

იზოთერმული პროცესით T=const. p=(mRT)/(MV).

სითბოს რაოდენობა.

სითბოს გაცვლის შედეგად გაზზე გადაცემულ ენერგიას ე.წ სითბოს რაოდენობა .

როდესაც სისტემას მიეწოდება Q სითბოს უსასრულოდ მცირე რაოდენობა, მისი ტემპერატურა შეიცვლება dT-ით.

26. სითბოს ტევადობასისტემის C ეწოდება სიდიდეს, რომელიც ტოლია სისტემაზე Q გადაცემული სითბოს რაოდენობის თანაფარდობას სისტემის dT ტემპერატურის ცვლილებასთან: C=Q/dT.

გამოარჩევენ სპეციფიკური სითბოს მოცულობა(1 კგ ნივთიერების თბოტევადობა) c=Q/(mdT) და მოლური სითბოს ტევადობა(სითბოუნარიანობა 1 მოლი ნივთიერების) c=Mc.

თერმოდინამიკურ სისტემებში მიმდინარე სხვადასხვა პროცესებით, სითბოს სიმძლავრეები განსხვავებული იქნება.

პოპულარული:

  • SNiP - სამშენებლო კოდები და წესები, PUE - ელექტრული დანადგარების დამონტაჟების წესები, GOST, მომხმარებელთა ელექტრული დანადგარების ტექნიკური მუშაობის წესები. სამომხმარებლო ელექტრო დანადგარების ტექნიკური მუშაობის წესები. (დამტკიცებულია ენერგეტიკის სამინისტროს ბრძანებით […]
  • მჭირდება გადასახადების გადახდა ონლაინ მაღაზიისთვის? რეალურად არის შეკითხვა თემაზე, მადლობა. გადასახადები უნდა გადაიხადოთ ყველაფერზე, რაც შემოსავალს მოაქვს, რა თქმა უნდა გჭირდებათ - თორემ ეს უკანონო ბიზნესია და სისხლის სამართლის წესით დასჯადი)) რაღაც გჭირდება, მაგრამ […]
  • "KATKOV AND PARTNERS" გუნდში შედიან წამყვანი IP იურისტები, პატენტრწმუნებულები, აუდიტორები, შემფასებლები, საგადასახადო ადვოკატები, ასევე ექსპერტები და იურისტები, რომლებიც წყვეტენ პრობლემებს წინასასამართლო (მედიაციის) და სასამართლო დავების გადაწყვეტაში. ჩვენი ექსპერტები […]
  • DNS სახელის გარჩევადობის ამოცანა მოიცავს კვანძის IP მისამართის განსაზღვრას. სახელის გადაწყვეტის ამოცანა გულისხმობს კვანძის IP მისამართის განსაზღვრას მისი სიმბოლური სახელიდან და სიმბოლური სახელის განსაზღვრას მოცემული IP მისამართიდან. ისტორიულად პირველი, მაგრამ მანამდე […]
  • ავიტო - ახსნა-განმარტების გარეშე ბლოკავენ ასე რომ დღეს ჩემი მოთმინება ამოიწურა. ნათელია, რომ არა მხოლოდ უფასო რეკლამები იბლოკება უმიზეზოდ, არამედ, როგორც საბაბი, მათ შეუძლიათ ამოიღონ თავიანთი არქივი 2 წლის წინ, ერთხელ პირველი და გაუცნობიერებლად […]
  • ფორუმი MyArena.ru ვეძებ დანამატს "სერვერის წესები" MoRFiuS 02 ივნისი 2013 Google Rules hlmod არის ასეთი მოდი პანელში? სექტემბერი 02 ივნისი 2013 ან http://hlmod.ru/foru. menu-1-3-a.html 1. sm_rules_descmode - 1 წერს წესის აღწერას ჩატში, 0 წერს [...]
  • Samsung 19 დიუმიანი მონიტორების მოკლე მიმოხილვა პოპულარული 19 დიუმიანი სამსუნგის მონიტორების მიმოხილვა ცხრამეტი დიუმიანი ეკრანი ალბათ ყველაზე გავრცელებული ეკრანის ზომაა. და გასაკვირი არ არის, რადგან ეს არის ყველაზე ოპტიმალური ეკრანის ზომა [...]
  • Ubuntu Linux საიტი Ubuntu Linux-ის მომხმარებლებისთვის თუ შემთხვევით არ მოხვედით ამ გვერდზე, მაგრამ გააცნობიერეთ რა პრობლემაა, გადადით ქვემოთ ბრძანებებზე. მოკლედ DNS DNS-ის შესახებ (ინგლ. Domain Name System - დომენური სახელების სისტემა) არის კომპიუტერი […]

ბარომეტრული ფორმულა არის გაზის წნევის ან სიმკვრივის დამოკიდებულება გრავიტაციულ ველში სიმაღლეზე. იდეალური გაზისთვის, რომელსაც აქვს მუდმივი ტემპერატურა T და მდებარეობს ერთგვაროვან გრავიტაციულ ველში (მისი მოცულობის ყველა წერტილში გრავიტაციული აჩქარება g იგივეა), ბარომეტრულ ფორმულას აქვს შემდეგი ფორმა:

სადაც p არის გაზის წნევა h სიმაღლეზე მდებარე ფენაში, p0 არის წნევა ნულოვან დონეზე (h = h0), M არის გაზის მოლური მასა, R არის აირის მუდმივი, T არის აბსოლუტური. ტემპერატურა. ბარომეტრული ფორმულიდან გამომდინარეობს, რომ n მოლეკულების კონცენტრაცია (ან გაზის სიმკვრივე) მცირდება სიმაღლესთან ერთად იმავე კანონის მიხედვით: სადაც M არის გაზის მოლური მასა, R არის აირის მუდმივი. ბარომეტრული ფორმულა აჩვენებს, რომ გაზის სიმკვრივე ექსპონენტურად მცირდება სიმაღლეზე. ღირებულება, რომელიც განსაზღვრავს სიმკვრივის დაშლის სიჩქარეს, არის ნაწილაკების პოტენციური ენერგიის თანაფარდობა მათ საშუალო კინეტიკურ ენერგიასთან, რომელიც პროპორციულია kT-ის. რაც უფრო მაღალია T ტემპერატურა, მით უფრო ნელა იკლებს სიმკვრივე სიმაღლესთან. მეორეს მხრივ, მგ გრავიტაციის ძალის მატება (მუდმივ ტემპერატურაზე) იწვევს ქვედა ფენების გაცილებით დიდ დატკეპნას და სიმკვრივის სხვაობის (გრადიენტის) ზრდას. გრავიტაციის ძალა მგ, რომელიც მოქმედებს ნაწილაკებზე, შეიძლება შეიცვალოს ორი რაოდენობით: აჩქარება g და ნაწილაკების მასა m. შესაბამისად, გრავიტაციულ ველში მდებარე აირების ნარევში სხვადასხვა მასის მოლეკულები განსხვავებულად ნაწილდება სიმაღლეში. იდეალური გაზი იყოს კონსერვატიული ძალების ველში თერმული წონასწორობის პირობებში.

სატრანსპორტო ფენომენები თერმოდინამიკურად არაბალანსირებულ სისტემებში. გამოცდილი

საშუალო თავისუფალი გზამოლეკულა უდრის მოლეკულის მიერ 1 წამში გავლილი გზის თანაფარდობას ამ დროის განმავლობაში მომხდარი შეჯახებების რაოდენობასთან: = / =1/(42r 2 n 0).

24. იდეალური აირის შიდა ენერგია.

შინაგანი ენერგიაარის მოლეკულური ურთიერთქმედების ენერგიისა და მოლეკულების თერმული მოძრაობის ენერგიის ჯამი.

სისტემის შინაგანი ენერგია დამოკიდებულია მხოლოდ მის მდგომარეობაზე და არის სახელმწიფოს ერთმნიშვნელოვანი ფუნქცია.

შინაგანი ენერგიაიდეალური გაზი პროპორციულია აირის მასისა და მისი თერმოდინამიკური ტემპერატურისა.

გაზის მუშაობა გაფართოების დროს.

დგუშის ქვეშ ცილინდრში იყოს გაზი, რომელიც იკავებს V მოცულობას p წნევის ქვეშ. დგუშის ფართობი S. ძალა, რომლითაც აირი აჭერს დგუშს, F=pS. როდესაც გაზი ფართოვდება, დგუში ესმით dh სიმაღლეზე, ხოლო გაზი მუშაობს A=Fdh=pSdh. მაგრამ Sdh=dV არის გაზის მოცულობის ზრდა. აქედან გამომდინარე ელემენტარული სამუშაო A=pdV. მთლიანი სამუშაო A, რომელიც შესრულებულია გაზის მიერ, როდესაც მისი მოცულობა იცვლება V1-დან V2-მდე, ნაპოვნია ინტეგრაციის გზით

ინტეგრაციის შედეგი დამოკიდებულია აირებში მიმდინარე პროცესზე.

იზოქორული პროცესით V=const, შესაბამისად, dV=0 და A=0.

იზობარული პროცესით p=const, მაშინ

გაზის იზობარული გაფართოების დროს შესრულებული სამუშაო უდრის გაზის წნევისა და მოცულობის ზრდის ნამრავლს.

იზოთერმული პროცესით T=const. p=(mRT)/(MV).

სითბოს რაოდენობა.

სითბოს გაცვლის შედეგად გაზზე გადაცემულ ენერგიას ე.წ სითბოს რაოდენობა .

როდესაც სისტემას მიეწოდება Q სითბოს უსასრულოდ მცირე რაოდენობა, მისი ტემპერატურა შეიცვლება dT-ით.

26. სითბოს ტევადობასისტემის C ეწოდება სიდიდეს, რომელიც ტოლია სისტემაზე Q გადაცემული სითბოს რაოდენობის თანაფარდობას სისტემის dT ტემპერატურის ცვლილებასთან: C=Q/dT.

გამოარჩევენ სპეციფიკური სითბოს მოცულობა(1 კგ ნივთიერების თბოტევადობა) c=Q/(mdT) და მოლური სითბოს ტევადობა(სითბოუნარიანობა 1 მოლი ნივთიერების) c=Mc.

თერმოდინამიკურ სისტემებში მიმდინარე სხვადასხვა პროცესებით, სითბოს სიმძლავრეები განსხვავებული იქნება.

ბოლცმანის განაწილება

ბოლცმანის განაწილებასტატისტიკურად წონასწორული განაწილების ფუნქცია იდეალური აირის ნაწილაკების p მომენტებით და r კოორდინატებით, რომელთა მოლეკულები მოძრაობენ კლასიკური მექანიკის კანონების მიხედვით, გარე პოტენციურ ველში:

აქ p 2/2m არის m მასის მქონე მოლეკულის კინეტიკური ენერგია, U(ν) არის მისი პოტენციური ენერგია გარე ველში, T არის გაზის აბსოლუტური ტემპერატურა. მუდმივი A განისაზღვრება იმ პირობით, რომ ნაწილაკების მთლიანი რაოდენობა სხვადასხვა შესაძლო მდგომარეობაში უდრის სისტემაში ნაწილაკების მთლიან რაოდენობას (ნორმალიზების პირობა).
ბოლცმანის განაწილება არის გიბსის კანონიკური განაწილების განსაკუთრებული შემთხვევა იდეალური გაზისთვის გარე პოტენციურ ველში, რადგან ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედების არარსებობის შემთხვევაში, გიბსის განაწილება იშლება ცალკეული ნაწილაკებისთვის განაწილების ბოლცმანის პროდუქტად. ბოლცმანის განაწილება U=0-ზე იძლევა მაქსველის განაწილებას. განაწილების ფუნქციას (1) ზოგჯერ უწოდებენ მაქსველ-ბოლცმანის განაწილებას, ხოლო ბოლცმანის განაწილებას არის განაწილების ფუნქცია (1), რომელიც ინტეგრირებულია ნაწილაკების ყველა მომენტზე და წარმოადგენს ნაწილაკების რაოდენობის სიმკვრივეს ν წერტილში:

სადაც n 0 არის სისტემაში ნაწილაკების რაოდენობის სიმკვრივე გარე ველის არარსებობის შემთხვევაში. სხვადასხვა წერტილში ნაწილაკების რაოდენობის სიმკვრივის თანაფარდობა დამოკიდებულია ამ წერტილებში პოტენციური ენერგიის მნიშვნელობების განსხვავებაზე.

სადაც ΔU= U(ν 1)-U(ν 2). კერძოდ, (3)-დან მოჰყვება ბარომეტრული ფორმულა, რომელიც განსაზღვრავს გაზის სიმაღლის განაწილებას დედამიწის ზედაპირის ზემოთ გრავიტაციულ ველში. ამ შემთხვევაში ΔU=mgh, სადაც g არის თავისუფალი ვარდნის აჩქარება, m არის ნაწილაკების მასა, h არის სიმაღლე დედამიწის ზედაპირზე. ბოლცმანის ნაწილაკების სხვადასხვა მასის მქონე აირების ნარევისთვის, განაწილება აჩვენებს, რომ ნაწილაკების ნაწილობრივი სიმკვრივის განაწილება თითოეული კომპონენტისთვის დამოუკიდებელია სხვა კომპონენტებისგან. მბრუნავ ჭურჭელში მყოფი გაზისთვის U (r) განსაზღვრავს ცენტრიდანული ძალის ველის პოტენციალს U (r)=-mω 2 r 2 /2, სადაც ω არის ბრუნვის კუთხური სიჩქარე. იზოტოპების და ძლიერ დისპერსიული სისტემების გამოყოფა ულტრაცენტრიფუგის გამოყენებით ეფუძნება ამ ეფექტს.
კვანტური იდეალური გაზებისთვის ცალკეული ნაწილაკების მდგომარეობა განისაზღვრება არა მომენტებითა და კოორდინატებით, არამედ U(r) ველში ნაწილაკების კვანტური ენერგიის დონეებით Ε i. ამ შემთხვევაში, ნაწილაკების საშუალო რაოდენობა i-ე კვანტურ მდგომარეობაში ან საშუალო ოკუპაციის რიცხვია:

სადაც μ არის ქიმიური პოტენციალი, რომელიც განისაზღვრება იმ პირობით, რომ ნაწილაკების საერთო რაოდენობა ყველა კვანტურ დონეზე Ε i უდრის სისტემაში N ნაწილაკების საერთო რაოდენობას: Σin i =N. ფორმულა (4) მოქმედებს ისეთ ტემპერატურასა და სიმკვრივეზე, როდესაც ნაწილაკებს შორის საშუალო მანძილი ბევრად აღემატება დე ბროლის ტალღის სიგრძეს, რომელიც შეესაბამება საშუალო თერმული სიჩქარეს, ანუ როცა შეიძლება უგულებელვყოთ არა მხოლოდ ნაწილაკების ძალთა ურთიერთქმედება, არამედ მათი ურთიერთდამოკიდებულებაც. კვანტური მექანიკური გავლენა (არ არსებობს კვანტური აირის გადაგვარება (იხ დეგენერაციული გაზი). ამრიგად, ბოლცმანის განაწილება არის ფერმი-დირაკის განაწილების და ბოზე-აინშტაინის განაწილების შემზღუდველი შემთხვევა დაბალი სიმკვრივის გაზებისთვის.

www.all-fizika.com

მოლეკულური ფიზიკა და თერმოდინამიკა

ბოლცმანი ლუდვიგი(1844-1906), ავსტრიელი ფიზიკოსი, სტატისტიკური ფიზიკისა და ფიზიკური კინეტიკის ერთ-ერთი ფუძემდებელი, პეტერბურგის მეცნიერებათა აკადემიის უცხოელი კორესპონდენტი (1899). მან გამოიტანა მისი სახელობის განაწილების ფუნქცია და აირების ძირითადი კინეტიკური განტოლება. მისცა (1872) თერმოდინამიკის მეორე კანონის სტატისტიკური დასაბუთება. მან გამოიტანა თერმული გამოსხივების ერთ-ერთი კანონი (შტეფან-ბოლცმანის კანონი).

ქაოტური მოძრაობის გამო ფიზიკური სისტემის (მაკროსკოპული სხეულის) თითოეული ნაწილაკების (მოლეკულა, ატომი და სხვ.) პოზიციის ცვლილებები შემთხვევითი პროცესის ხასიათს ატარებს. მაშასადამე, შეგვიძლია ვისაუბროთ სივრცის კონკრეტულ რეგიონში ნაწილაკების პოვნის ალბათობაზე.

კინემატიკიდან ცნობილია, რომ ნაწილაკის პოზიცია სივრცეში ხასიათდება მისი რადიუსის ვექტორით ან კოორდინატებით.

განვიხილოთ dW() ალბათობა, რომ აღმოაჩინოს ნაწილაკი სივრცის რეგიონში, რომელიც განსაზღვრულია რადიუს-ვექტორის მნიშვნელობების მცირე ინტერვალით, თუ ფიზიკური სისტემა თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობაშია.

ვექტორული ინტერვალი გაიზომება მოცულობით dV=dxdydz.

ალბათობის სიმკვრივე (რადიუს-ვექტორული სიდიდეების განაწილების ალბათობის ფუნქცია)

.

ნაწილაკი დროის მოცემულ მომენტში რეალურად არის სადღაც მითითებულ სივრცეში, რაც ნიშნავს, რომ ნორმალიზაციის პირობა უნდა დაკმაყოფილდეს:

ვიპოვოთ კლასიკური იდეალური აირის ნაწილაკების განაწილების ალბათობის ფუნქცია f(). გაზი იკავებს მთელ მოცულობას V და იმყოფება თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობაში T ტემპერატურასთან.

გარე ძალის ველის არარსებობის შემთხვევაში, თითოეული ნაწილაკის ყველა პოზიცია თანაბრად სავარაუდოა, ე.ი. გაზი იკავებს მთელ მოცულობას იგივე სიმკვრივით. ამიტომ f() = c onst.

ნორმალიზაციის პირობის გამოყენებით, ჩვენ ვხვდებით, რომ

,

თუ გაზის ნაწილაკების რაოდენობა არის N, მაშინ კონცენტრაცია არის n = N/V.

ამიტომ f(r) =n/N.

დასკვნა: გარე ძალის ველის არარსებობის შემთხვევაში, ალბათობა dW(), რომ აღმოაჩინოს იდეალური აირის ნაწილაკი dV მოცულობით, არ არის დამოკიდებული ამ მოცულობის პოზიციაზე სივრცეში, ე.ი. .

მოდით მოვათავსოთ იდეალური გაზი გარე ძალის ველში.

გაზის ნაწილაკების სივრცითი გადანაწილების შედეგად, ალბათობის სიმკვრივე f() ¹ c onst.

აირის ნაწილაკების კონცენტრაცია n და მისი წნევა P განსხვავებული იქნება, ე.ი. ზღვარში, სადაც D N არის ნაწილაკების საშუალო რაოდენობა D V მოცულობაში და წნევა ლიმიტში, სადაც D F არის საშუალო ძალის აბსოლუტური მნიშვნელობა, რომელიც ნორმალურად მოქმედებს D S ფართობზე.

თუ გარე ველის ძალები პოტენციურია და მოქმედებენ იმავე მიმართულებით (მაგალითად, დედამიწის გრავიტაცია მიმართულია z ღერძის გასწვრივ), მაშინ წნევის ძალები, რომლებიც მოქმედებენ ფუძის ზედა dS 2 და ქვედა dS 1-ზე. მოცულობა dV არ იქნება ერთმანეთის ტოლი (ნახ. 2.2).

ამ შემთხვევაში წნევის ძალების განსხვავება dF dS 1 და dS 2 ფუძეებზე უნდა ანაზღაურდეს გარე ველის ძალების მოქმედებით.

წნევის საერთო სხვაობა dF = nGdV,

სადაც G არის ძალა, რომელიც მოქმედებს ერთ ნაწილაკზე გარე ველიდან.

წნევის ძალების სხვაობა (წნევის განსაზღვრებით) dF = dPdxdy. ამიტომ, dP = nGdz.

მექანიკიდან ცნობილია, რომ ნაწილაკების პოტენციური ენერგია გარე ძალის ველში დაკავშირებულია ამ ველის სიძლიერესთან მიმართებით.

მაშინ წნევის სხვაობა არჩეული მოცულობის ზედა და ქვედა ფუძეებზე არის dP = - n dW p.

ფიზიკური სისტემის თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობაში მისი ტემპერატურა T მოცულობის dV ყველგან ერთნაირია. ამიტომ, ჩვენ ვიყენებთ მდგომარეობის იდეალური გაზის განტოლებას dP = kTdn წნევისთვის.

ბოლო ორი ტოლობის ერთად ამოხსნით, მივიღებთ ამას

— ndW p = kTdn ან .

გარდაქმნების შემდეგ ჩვენ ვხვდებით ამას

,

სადაც ℓ n o არის ინტეგრაციის მუდმივი (n o არის ნაწილაკების კონცენტრაცია სივრცეში იმ ადგილას, სადაც W p =0).

გაძლიერების შემდეგ ვიღებთ

.

დასკვნა: თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობაში იდეალური აირის ნაწილაკების კონცენტრაცია (სიმკვრივე) გარე ძალის ველში იცვლება ფორმულით (2.11) განსაზღვრული კანონის მიხედვით, რომელიც ე.წ. ბოლცმანის განაწილება.

(2.11) გათვალისწინებით, სიმძიმის ველში მოლეკულების განაწილების ალბათობის ფუნქცია იღებს ფორმას

.

იდეალური აირის ნაწილაკის აღმოჩენის ალბათობა dV მოცულობით, რომელიც მდებარეობს რადიუსის ვექტორით განსაზღვრულ წერტილში, შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც

.

იდეალური გაზისთვის წნევა კონცენტრაციისგან განსხვავდება მხოლოდ მუდმივი ფაქტორით kT (P=nkT).

ამიტომ, ასეთი გაზებისთვის, წნევა

,

მოდით გამოვიყენოთ ბოლცმანის განაწილება ატმოსფერულ ჰაერზე დედამიწის გრავიტაციულ ველში.

დედამიწის ატმოსფეროს შემადგენლობაში შედის აირები: აზოტი - 78,1%; ჟანგბადი - 21%; არგონი-0,9%. ატმოსფეროს მასა არის -5,15 × 10 18 კგ. 20-25 კმ სიმაღლეზე არის ოზონის შრე.

დედამიწის ზედაპირთან ახლოს, ჰაერის ნაწილაკების პოტენციური ენერგია h W p = m o gh სიმაღლეზე, სადაც m o არის ნაწილაკების მასა.

პოტენციური ენერგია დედამიწის დონეზე (h=0) ნულის ტოლია (W p =0).

თუ თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობაში დედამიწის ატმოსფეროს ნაწილაკებს აქვთ ტემპერატურა T, მაშინ ატმოსფერული ჰაერის წნევის ცვლილება სიმაღლესთან ერთად ხდება კანონის მიხედვით.

.

ფორმულა (2.15) ე.წ ბარომეტრული ფორმულა; გამოიყენება იშვიათი გაზის ნარევებზე.

დასკვნა: დედამიწის ატმოსფეროსთვის რაც უფრო მძიმეა გაზი, მით უფრო სწრაფად ეცემა მისი წნევა სიმაღლის მიხედვით, ე.ი. სიმაღლის მატებასთან ერთად ატმოსფერო უფრო და უფრო უნდა გამდიდრდეს მსუბუქი გაზებით. ტემპერატურის ცვლილებების გამო, ატმოსფერო არ არის წონასწორობაში. ამიტომ, ბარომეტრული ფორმულა შეიძლება გამოყენებულ იქნას მცირე უბნებზე, რომლებშიც ტემპერატურის ცვლილება არ არის. გარდა ამისა, დედამიწის ატმოსფეროს არაწონასწორობაზე გავლენას ახდენს დედამიწის გრავიტაციული ველი, რომელიც მას პლანეტის ზედაპირთან ახლოს ვერ ინახავს. ხდება ატმოსფეროს გაფანტვა და რაც უფრო სწრაფია, მით უფრო სუსტია გრავიტაციული ველი. მაგალითად, დედამიწის ატმოსფერო საკმაოდ ნელა იშლება. დედამიწის არსებობის დროს (

4-5 მილიარდი წლის განმავლობაში), მან დაკარგა ატმოსფეროს მცირე ნაწილი (ძირითადად მსუბუქი აირები: წყალბადი, ჰელიუმი და სხვ.).

მთვარის გრავიტაციული ველი დედამიწისაზე სუსტია, ამიტომ მან თითქმის მთლიანად დაკარგა ატმოსფერო.

დედამიწის ატმოსფეროს არაწონასწორობა შეიძლება დადასტურდეს შემდეგნაირად. დავუშვათ, რომ დედამიწის ატმოსფერო მივიდა თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობაში და მისი სივრცის ნებისმიერ წერტილში მას აქვს მუდმივი ტემპერატურა. ვიყენებთ ბოლცმანის ფორმულას (2.11), რომელშიც პოტენციური ენერგიის როლს ასრულებს დედამიწის გრავიტაციული ველის პოტენციური ენერგია, ე.ი.

სადაც g არის გრავიტაციული მუდმივი; Mz არის დედამიწის მასა; m o არის ჰაერის ნაწილაკების მასა; r არის ნაწილაკების მანძილი დედამიწის ცენტრიდან.

r ® ¥ W p =0. ამრიგად, ბოლცმანის განაწილება (2.11) იღებს ფორმას

,

files.lib.sfu-kras.ru

11.2 იდეალური აირის მოლეკულების განაწილების კანონი გარე ძალის ველში

აირების კინეტიკური თეორიისა და მაქსველის განაწილების კანონის განხილვისას, ვარაუდობდნენ, რომ არანაირი ძალა არ მოქმედებს გაზის მოლეკულებზე, გარდა მოლეკულური ზემოქმედებისა. ამიტომ, მოლეკულები თანაბრად ნაწილდება ჭურჭელში. სინამდვილეში, ნებისმიერი გაზის მოლეკულები ყოველთვის დედამიწის გრავიტაციულ ველშია. შედეგად, m მასის თითოეული მოლეკულა განიცდის გრავიტაციის მოქმედებას f =mg.

გამოვყოთ გაზის მოცულობის ჰორიზონტალური ელემენტი dh სიმაღლით და ფუძის ფართობით S (სურ. 11.2). ჩვენ ვვარაუდობთ, რომ აირი ერთგვაროვანია და მისი ტემპერატურა მუდმივი. ამ მოცულობის მოლეკულების რაოდენობა უდრის მისი მოცულობის ნამრავლს dV=Sdh მოლეკულების რაოდენობის ერთეულ მოცულობაზე. მოლეკულების ჯამური წონა შერჩეულ ელემენტში უდრის

dF წონის მოქმედება იწვევს წნევას ტოლი

მინუს - იმიტომ როგორც dh იზრდება, წნევა მცირდება. მოლეკულური კინეტიკური თეორიის ძირითადი განტოლების მიხედვით

(11.2) და (11.3) მარჯვენა გვერდების გაუტოლებით მივიღებთ


ან

ამ გამოხატვის ინტეგრირება დიაპაზონში h-მდე (შესაბამისად, კონცენტრაცია მერყეობს n-დან):


ვიღებთ

მიღებული გამონათქვამის გაძლიერება, ჩვენ ვპოულობთ

ექსპონენტს ექსპლუატაციის დროს აქვს ფაქტორი, რომელიც განსაზღვრავს გაზის მოლეკულების პოტენციური ენერგიის ზრდას. თუ მოლეკულას გადავიტანთ დონიდან h დონეზე, მაშინ მისი პოტენციური ენერგიის ცვლილება იქნება

შემდეგ მოლეკულების კონცენტრაციის განტოლება გარდაიქმნება ფორმაში

ეს განტოლება ასახავს ბოლცმანის ზოგად კანონს და იძლევა ნაწილაკების რაოდენობის განაწილებას მათი პოტენციური ენერგიის მიხედვით. იგი გამოიყენება ძალის ველში ნაწილაკების ნებისმიერ სისტემაზე, მაგალითად, ელექტრულში.

physics-lectures.ru

ბოლცმანის კანონი ნაწილაკების განაწილების შესახებ გარე პოტენციურ ველში

იდეალური გაზი იყოს კონსერვატიული ძალების ველში თერმული წონასწორობის პირობებში. ამ შემთხვევაში, აირის კონცენტრაცია განსხვავებული იქნება სხვადასხვა პოტენციური ენერგიის მქონე წერტილებში, რაც აუცილებელია მექანიკური წონასწორობის პირობების შესასრულებლად. ასე რომ, მოლეკულების რაოდენობა ერთეულ მოცულობაში მცირდება დედამიწის ზედაპირიდან დაშორებასთან ერთად და წნევა, ურთიერთობის გამო P = nkT, ეცემა.

თუ ცნობილია მოლეკულების რაოდენობა ერთეულ მოცულობაში, მაშინ ცნობილია წნევაც და პირიქით. წნევა და სიმკვრივე ერთმანეთის პროპორციულია, რადგან ტემპერატურა ჩვენს შემთხვევაში მუდმივია. წნევა უნდა გაიზარდოს სიმაღლის კლებასთან ერთად, რადგან ქვედა ფენა უნდა გაუძლოს ზემოთ მდებარე ყველა ატომის წონას.

მოლეკულური კინეტიკური თეორიის ძირითადი განტოლების საფუძველზე: P = nkT, ჩანაცვლება და P0ბარომეტრულ ფორმულაში (2.4.1) on და n 0და მიიღე ბოლცმანის განაწილება გაზის მოლური მასისთვის:

ვინაიდან a, მაშინ (2.5.1) შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც

ნახაზი 2.11 გვიჩვენებს სხვადასხვა აირების კონცენტრაციის დამოკიდებულებას სიმაღლეზე. ჩანს, რომ მძიმე მოლეკულების რაოდენობა უფრო სწრაფად მცირდება სიმაღლით, ვიდრე მსუბუქი.

ბოლცმანმა დაამტკიცა, რომ მიმართება (2.5.3) მოქმედებს არა მხოლოდ გრავიტაციული ძალების პოტენციურ ველში, არამედ ნებისმიერ პოტენციურ ველში, ნებისმიერი იდენტური ნაწილაკების შეგროვებისთვის ქაოტური თერმული მოძრაობის მდგომარეობაში.

ალიმენტი ყაზახეთში: მოთხოვნის პროცედურა და აუცილებელი პროცედურები ცხოვრების სხვადასხვა სიტუაციიდან გამომდინარე, შეიძლება საჭირო გახდეს ალიმენტის გადახდა ან მოთხოვნა. ამ სტატიაში შეიტყობთ რა არის ალიმენტი, […]

  • ტრენინგი თბოელექტროსადგურებში - PTETE ტრენინგის პერიოდი: 36-დან 72 საათამდე ღირებულება: 4000 რუბლიდან თითო სპეციალისტზე სრული და ნახევარ განაკვეთზე ტრენინგი გჭირდებათ თუ არა პერსონალის მომზადება თბოელექტროსადგურებში მუშაობის წესებზე? […]
  • გეორგიევსკი - არქიტექტურული და სამშენებლო ნახატების განხორციელების წესები O.V. Georgievsky
  • გამონათქვამების გამარტივება შეკრების, გამოკლების, გამრავლებისა და გაყოფის თვისებები სასარგებლოა, რადგან ისინი საშუალებას გაძლევთ გადაიყვანოთ ჯამები და პროდუქტები გამოსათვლელად მოსახერხებელ გამონათქვამებად. მოდით ვისწავლოთ როგორ გამოვიყენოთ ეს თვისებები გამარტივებისთვის […]
  • განვიხილოთ ჰაერის ვერტიკალური სვეტი დედამიწის ზედაპირთან ახლოს (სურ. 10.2). თუ სვეტის სიმაღლე შედარებით მცირეა (არ აღემატება რამდენიმე ასეულ მეტრს), გაზის სიმკვრივე და მოლეკულების რაოდენობა მოცულობის ერთეულზე (კონცენტრაცია) დაახლოებით იგივე იქნება. თუმცა, თუ სვეტის სიმაღლე კილომეტრის ან მეტის რიგისაა, სიმაღლის გასწვრივ მოლეკულების განაწილების ერთგვაროვნება ირღვევა. გრავიტაცია, რომელიც მიდრეკილია მოლეკულების კონცენტრაციისკენ დედამიწის ზედაპირთან ახლოს. შედეგად, ჰაერის სიმკვრივე და ატმოსფერული წნევა შემცირდება დედამიწის ზედაპირიდან დაშორებისას.

    განვსაზღვროთ წნევის ცვლილების კანონი სიმაღლესთან (იპოვეთ ბარომეტრული ფორმულა).

    ბარომეტრული ფორმულაგვიჩვენებს, თუ როგორ იცვლება ატმოსფერული წნევა სიმაღლიდან დედამიწის ზედაპირის ზემოთ. მიეცით დედამიწის ზედაპირთან ახლოს სიმაღლეზე
    წნევა
    . წნევა ცნობილია. საჭიროა წნევის ცვლილების აღმოჩენა სიმაღლით .

    დერივაციაში ჩვენ ვვარაუდობთ, რომ ტემპერატურა გაზი მუდმივი რჩება. მოდით, დედამიწის ზედაპირის ზემოთ ავირჩიოთ გაზის (ჰაერის) ცილინდრული სვეტი განივი კვეთით . განვიხილოთ უსასრულოდ მცირე სისქის გაზის ფენა
    სიმაღლეზე სვეტის ძირიდან.

    ძალის განსხვავება
    , რომელიც მოქმედებს ფენის ზედა და ქვედა ფუძეზე, უდრის ამ ფენაში ჩასმული აირის წონას, ე.ი.

    .

    უსაზღვროდ მცირე მასა
    ფენაში გაზი გამოითვლება ფორმულით

    სადაც
    არის გაზის ფენის მოცულობა.

    მერე
    , სად არის გაზის სიმკვრივე; არის გრავიტაციის აჩქარება.

    წნევის განსხვავება ფენის ორივე ბაზაზე:

    .

    და მაინც უნდა დააყენო მინუს ნიშანი

    , (10.12)

    რადგან მინუს ნიშანს აქვს ფიზიკური მნიშვნელობა. ეს აჩვენებს, რომ გაზის წნევა მცირდება სიმაღლესთან ერთად. თუ ზევით აწევ
    , მაშინ გაზის წნევა შემცირდება
    .

    გაზის სიმკვრივე ვპოულობთ მენდელეევ-კლაპეირონის განტოლებიდან.

    ;

    ,
    .

    გამოთქმის ჩანაცვლება
    (10.12)-ში გვაქვს

    .

    ეს არის განცალკევებული დიფერენციალური განტოლება:

    .

    ჩვენ ვაერთიანებთ:

    .

    მიიღეთ ბარომეტრიული ფორმულა

    (10.13)

    ნახ. 10.3 გვიჩვენებს წნევის ნახაზებს სიმაღლის მიმართ ორი ტემპერატურისთვის 1 და 2 ( 2 >ერთი). გაზის ტემპერატურის ცვლილებით, წნევა 0 დედამიწის ზედაპირზე უცვლელი რჩება, რადგან ის უდრის დედამიწის ზედაპირის ზემოთ მდებარე გაზის ვერტიკალური სვეტის წონას ფუძის ერთეული ფართობით და სიმაღლით შეუზღუდავი. გაზის წონა არ არის დამოკიდებული ტემპერატურაზე.

    ბარომეტრული ფორმულიდან ძალიან მარტივია ბოლცმანის განაწილების მიღება იმ შემთხვევისთვის, როდესაც გაზზე გარეგანი ძალა არის სიმძიმის ძალა.

    წნევა გაზი სიმაღლეზე მოლეკულების რაოდენობის პირდაპირპროპორციულია მოცულობის ერთეულზე ამ სიმაღლეზე,
    ,არის მოლეკულების კონცენტრაცია სიმაღლეზე , ა
    , არის გაზის მოლეკულების კონცენტრაცია სიმაღლეზე
    .

    იდეალური გაზი იყოს რაიმე ძალის ველში, მაგალითად, გრავიტაციულ ველში. ვინაიდან ამ შემთხვევაში გარე ძალები მოქმედებს გაზის მოლეკულებზე, გაზის წნევა ყველგან ერთნაირი არ იქნება, მაგრამ შეიცვლება წერტილიდან წერტილამდე.

    უმარტივეს შემთხვევაში, ველის სიძლიერეს აქვს მუდმივი მიმართულება, რომელიც ხასიათდება z-ღერძით. მოდით, ერთეული ფართობის ორი უბანი იყოს ორიენტირებული z ღერძზე პერპენდიკულურად და განლაგებული იყოს ერთმანეთისგან dz მანძილზე. თუ გაზის წნევა ორივე ადგილზე ტოლია p და p + dp, მაშინ წნევის სხვაობა აშკარად უნდა იყოს ტოლი ჯამური ძალის, რომელიც მოქმედებს გაზის ნაწილაკებზე, რომლებიც შემოსილია პარალელეპიპედის მოცულობაში ერთეული ფუძით და სიმაღლით d. . ეს ძალა არის fn, სად არის მოლეკულების სიმკვრივე (ანუ მათი რაოდენობა ერთეულ მოცულობაზე), ა არის ძალა, რომელიც მოქმედებს ერთ მოლეკულაზე კოორდინატთა წერტილში . Ისე

    გვ = nF.

    ძალის დაკავშირებულია მოლეკულის პოტენციურ ენერგიასთან U(z) მიმართებით F = - dU/dz, ასე რომ

    გვ = – U/დ = – n დ U.

    ვინაიდან გაზი ითვლება იდეალურად, მაშინ გვ = nkT. თუ გაზის ტემპერატურა სხვადასხვა წერტილში ერთნაირია, მაშინ

    გვ = კტ.

    წნევის სხვაობა დ გვორივე შემთხვევაში განისაზღვრება სიმაღლის სხვაობით. Ისე

    და ბოლოს

    Აქ 0 არის მუდმივი, რომელიც წარმოადგენს მოლეკულების სიმკვრივეს იმ წერტილში, სადაც U = 0.

    შედეგად მიღებული ფორმულა, რომელიც აკავშირებს გაზის სიმკვრივის ცვლილებას მისი მოლეკულების პოტენციურ ენერგიასთან, ეწოდება ბოლცმანის ფორმულა. წნევა განსხვავდება სიმკვრივისგან მუდმივი ფაქტორით კტ, ასე რომ, იგივე განტოლება მოქმედებს წნევისთვის

    დედამიწის ზედაპირთან ახლოს გრავიტაციული ველის შემთხვევაში, მოლეკულის პოტენციური ენერგია z სიმაღლეზე არის U = მგზ, სადაც m არის მოლეკულის მასა. მაშასადამე, თუ გაზის ტემპერატურას სიმაღლეზე დამოუკიდებლად მივიჩნევთ, მაშინ წნევა მაღალზე ზეწოლასთან იქნება დაკავშირებული. 0 დედამიწის ზედაპირზე თანაფარდობით

    ამ ფორმულას ბარომეტრული ფორმულა ეწოდება. უფრო მოსახერხებელია მისი წარმოდგენა ფორმაში

    სადაც m არის გაზის მოლეკულური წონა, R არის აირის მუდმივი.

    ეს ფორმულა შეიძლება გამოყენებულ იქნას გაზების ნარევის შემთხვევაშიც. ვინაიდან იდეალური აირების მოლეკულები პრაქტიკულად არ ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან, თითოეული გაზი შეიძლება განიხილებოდეს ცალკე, ანუ მსგავსი ფორმულა გამოიყენება თითოეული მათგანის ნაწილობრივ წნევაზე. რაც უფრო დიდია გაზის მოლეკულური წონა, მით უფრო სწრაფად იკლებს მისი წნევა სიმაღლესთან ერთად. ამიტომ, სიმაღლის მატებასთან ერთად, ატმოსფერო უფრო და უფრო მდიდრდება მსუბუქი გაზებით: მაგალითად, ჟანგბადი ატმოსფეროში უფრო სწრაფად იკლებს, ვიდრე აზოტი.

    თუმცა, უნდა გავითვალისწინოთ, რომ ბარომეტრული ფორმულის გამოყენებადობა რეალურ ატმოსფეროზე ძალზე შეზღუდულია, ვინაიდან ატმოსფერო ფაქტობრივად არ არის თერმული წონასწორობაში და მისი ტემპერატურა მერყეობს სიმაღლეზე.



    საინტერესო დასკვნის გამოტანა შეიძლება ბოლცმანის ფორმულიდან, თუკი შეეცდებით მის გამოყენებას ატმოსფეროზე დედამიწიდან ნებისმიერ მანძილზე. დედამიწის ზედაპირიდან ძალიან დიდ მანძილზე Uარ უნდა გაიგოს მგზდა ნაწილაკების პოტენციური ენერგიის ზუსტი მნიშვნელობა

    სადაც g არის გრავიტაციული მუდმივი, M არის დედამიწის მასა და r არის მანძილი დედამიწის ცენტრიდან. ამ გამოთქმის მართებულობა ადვილად შეიძლება დადასტურდეს მანძილის მიმართ დიფერენცირებით (F = - dU/dr) და შემდგომი შედარებით უნივერსალური გრავიტაციის კანონთან. ამ ენერგიის ჩანაცვლება ბოლცმანის ფორმულაში იძლევა შემდეგ გამოხატულებას გაზის სიმკვრივისთვის:

    სადაც n ¥ არის გაზის სიმკვრივე იმ წერტილში, სადაც U=0 (ანუ დედამიწიდან უსასრულო მანძილზე). Თუ დედამიწის რადიუსის ტოლი , თქვენ მიიღებთ თანაფარდობას ატმოსფეროს სიმკვრივეს შორის დედამიწის ზედაპირზე n 0 და უსასრულობაში n ¥:

    ამ ფორმულის მიხედვით, ატმოსფეროს სიმკვრივე დედამიწიდან უსასრულოდ დიდ მანძილზე უნდა განსხვავდებოდეს ნულიდან. თუმცა, ასეთი დასკვნა აბსურდულია, რადგან ატმოსფერო ხმელეთის წარმოშობისაა და გაზის სასრული რაოდენობა არ შეიძლება განაწილდეს უსასრულო მოცულობაზე, სიმკვრივით, რომელიც არასოდეს ქრება. მიღებული დასკვნა აიხსნება იმით, რომ ვარაუდობდნენ, რომ ატმოსფერო თერმული წონასწორობის მდგომარეობაში იყო, რაც სიმართლეს არ შეესაბამება.

    ეს შედეგი გვიჩვენებს, რომ გრავიტაციული ველი საერთოდ ვერ ინარჩუნებს გაზს წონასწორობაში და, შესაბამისად, ატმოსფერო მუდმივად უნდა გაიფანტოს სივრცეში. დედამიწის შემთხვევაში, ეს გაფანტვა ძალზე ნელია და მთელი თავისი არსებობის მანძილზე დედამიწას არ დაუკარგავს ატმოსფეროს რაიმე შესამჩნევი ნაწილი. მაგრამ, მაგალითად, მთვარის შემთხვევაში, მისი გაცილებით სუსტი გრავიტაციული ველით, ატმოსფეროს დაკარგვა ბევრად უფრო სწრაფად მოხდა და შედეგად, მთვარეს ატმოსფერო აღარ აქვს.