Šiame straipsnyje nagrinėsime dujų molinės šilumos teoriją, apimdami įvairius termodinaminius aspektus ir molekulinės kinetinės teorijos principus.
Idealiųjų dujų modelis
Pagrindiniai terminiai procesai
Dujų molinės šilumos priklauso nuo proceso pobūdžio, kurio metu joms teikiama šiluma. Svarbiausi dujų procesai yra šildymas, kai nekinta tūris, ir šildymas, kai dujos laisvai plečiasi.
- Izochorinis procesas: V = const (tūris nekinta)
- Izobarinis procesas: P = const (slėgis nekinta)
Molinė šiluma esant pastoviam tūriui (Cv)
Šilumos kiekis, reikalingas vieno molio medžiagos temperatūrai pakelti vienu kelvinu, kai tūris nekinta, žymimas Cv. Matematiškai tai išreiškiama taip:
Cv = Q/dT, kur = 1, todėl Cv = Q/dt.
Taip pat skaitykite: Dujų slėgio formulės
Molinė šiluma esant pastoviam slėgiui (Cp)
Šilumos kiekis, reikalingas vieno molio medžiagos temperatūrai pakelti vienu kelvinu, kai slėgis nekinta, žymimas Cp. Matematiškai tai išreiškiama taip:
Cp = Q/dT, kai v = 1, todėl Cp = /dT = dU/dT.
Izobarinė šiluma visada didesnė už izochorinę: Cp = Cv = R > Ccv.
Termodinaminiai dėsniai
Pirmasis termodinamikos dėsnis
Sakykime, termodinaminės sistemos atžvilgiu atlikome darbą A ir atidavėme šilumos kiekį deltaQ. Dėl to pakito energija dydžiu deltaW; deltaW=deltaWmech+deltaU; deltaU-termod sist pokytis.
Pagal energijos tvermės dėsnį deltaWmech+deltaU=A’+deltaQ. Jei tos sistemos mechaninė energija nekinta, deltaWmech=0; deltaW=A’+deltaQ -tai 1 termodinamikos dėsnis.
Taip pat skaitykite: Kaip temperatūra veikia dujų slėgį
Vidinės energijos pokytis, kurį mes keitėme, lygus darbo ir šilumos sumai.
Antrasis termodinamikos dėsnis
Bendram antrojo termodinamikos dėsnio formulavimui naudojama fizikinė sąvoka - entropija. Sakykime, termodinaminė sistema izoterminiu procesu (t=const.) gavo šilumos kiekį delta Q. Jei gavo, delta Q - teigiamas, jei prarado, delta Q < 0.
DeltaQ/T - vadinamas elementarus redukuotasis šilumos kiekis. Jis gali būti > ar < už nulį. Entropija tai tokia sistemos būsenos funkcija, kurios elementarus pokytis, grįžtamąjame procese: ds=deltaQ/T. S-priklauso nuo p,v,m.
Jeigu deltaQ yra teigiamas, sistemos entropija padidėja ds>o, jeigu delta Q<0; ds<0, entropija sumažėjo. Bendru atveju, šilumos perdavimas grįžtamas arba ne. Jei šiluma perduota grįžtamai ds>deltaQ/T. Todėl apjungiant abu perdavimo būdus ds>=deltaQ/T...(1)
Šilumą perduodant, baigtiniame procese, gausime integruodami elementarujį pokytį: deltaS=integralas delta Q/T . ..(2).
Taip pat skaitykite: Laisvojo kelio priklausomybė nuo sąlygų
Jei sistema izoliuota, joje procesai adiabatiniai. DeltaQ= 0. Izoliuotai sistemai deltaS>=0. Savaiminiai procesai vyksta taip, jog entropija nemažėja. Jei procesai grįžtami, deltaS=0, S-const. Entropija nekinta. Jei negrįžtamai deltaS>0, entropija didėja.
Molekulinė kinetinė teorija
Nagrinėjame molekules. Galima atsakyti kiek molekulių turi greitį v+dv (dv-intervalo plotis). Sakykime tokių molekulių tūrio vienete, kai plotis dv yra labai mažas lyginant su greičiu v. dn/ndv=f(v)-parodo tikimybę, jog molekulės greitis yra intervale.
Sakykime vvid. (v2vid. )1/2=v_ vad. Pasiskirstymo funkcija molekulinėje fizikoje naudojama atitinkamų dydžių vidurkių skaičiavimui.
Molekulių greičio pasiskirstymas
Bolcmano pasiskirstymas
Bolcmano pasiskirstymas - molekulių pasiskirstymas pagal potencines energijas. Daugiausia molekulių su Wp0, n nuliniam kylant, Wp dideja o n mazeja. (3)-bendra formule. Ji tinka ne tik dalelėms gravitaciniam lauke, bet ir bet kokiame potencinių jėgų lauke.
Realiosios dujos
Vienas idealiųjų dujų modelis: molekulės - materialūs taškai, tarp jų nėra sąveikos jėgų. Tai abstrakcija. Nes šioms dujoms p, v0. Realiai jeigu p, tai vb. Taip yra, nes tarp molekulių veikia traukos ir stūmos jėgos.
Van der Valso dujos
Pagal šį modelį molekulės traukia viena kitą. Stūmos jėgas įvertina tardami, šios molekulės yra rutuliukai. Įvertinama rutuliuko diametru. Van der Valso dujos tik traukia, stūmos jėga pakeičiama nuosavo tūrio didumu.
Van der Valso dujų būsenos lygtis užrašoma įvedant pataisas idealių dujų lygtyje: (p+a/V²m)*(V-b)=RT. Ši lygtis parašyta realių dujų modeliui.
STEAM veiklos
Laboratoriniai darbai ir eksperimentai
Mokiniai dalyvavo praktinėse veiklose STEAM centre, kuriose turėjo galimybę pritaikyti teorines žinias atliekant įvairius eksperimentus. Užsiėmimų metu mokėsi naudotis laboratorine įranga ir cheminėmis medžiagomis. Praktinių bandymų metu mokiniai tyrinėjo cheminių reakcijų eigą, stebėjo medžiagų pokyčius, analizavo gautus rezultatus bei aptarė išvadas.
- Vario sulfato molinės koncentracijos nustatymas kolorimetrijos metodu.
- Augalų pigmentų tyrimas.
- Mikroorganizmų skaidančių riebalus tyrimas.
IQ iššūkiai ir matematinės dėlionės
Moksleiviai vyko į Kauno Tvirtovės VII fortą atlikti IQ iššūkio ir chemijos praktinių veiklų. Šios programos metu dalyviai turėjo galimybę tyrinėti matematikos paslaptis žaisdami su įvairiomis dėlionėmis. Užsiėmimo metu ne tik supažindino su įvairiomis 2D ir 3D dėlionėmis, bet ir patys dalyviai galėjo jas išbandyti bei mesti sau tikrą IQ iššūkį.
Genetikos teorinių žinių taikymas
Tauragės STEAM centre mokiniai taikė tiriamojoje veikloje „Pamatyk DNR, ištirk ją ir sužinosi, kur pradingo septyntaškė“. Veiklos tikslas - taikant modernius DNR tyrimo metodus - PGR ir elektroforezę agarozės gelyje - identifikuoti, kokiai organizmų rūšiai priklauso tiriama DNR.
Praktinės veiklos metu mokiniams teko ruošiant DNR mėginius PGR tyrimui, o vėliau elektroforezei. PGR tyrimas amplifikavo DNR fragmentus, kurie vėliau taikant elektroforezės metodą, kai DNR molekulės veikiamos elektrinio lauko buvo išskirstytos pagal savo krūvį ir dydį, padėjo nustatyti vietinės ir invazinės boružėlių septyntaškių DNR fragmentus.
Kitos STEAM veiklos
- Vandens taršos mažinimo tyrimas.
- Fotosintezės teorinių žinių taikymas laboratorinėje veikloje „Augalų pigmentų tyrimas“.
- Skaitmeninė transformacija veikloje „Mokslas per VR akinius“.
Pasiekimų sritys chemijoje
Programoje išskirtos šešios pasiekimų sritys, kurios yra bendros visoms klasėms. Išskiriant pasiekimų sritis ir pasiekimus vadovautasi kompetencijų ir jų sandų raiškos aprašais, siekta dermės su kitų gamtos mokslų (biologijos ir fizikos) bendrosiose programose išskirtomis pasiekimų sritimis ir pasiekimais.
Chemijos mokslo teorijos ir modeliai
Chemijos mokslo teorijos ir modeliai kuriami remiantis žmonijos sukauptomis teorinėmis ir praktinėmis žiniomis, kad tyrimų metu įgytos žinios leidžia geriau suprasti, patvirtinti ar paneigti teorijas ir modelius.
Etikos reikalavimai moksliniams tyrimams
Moksliniai tyrimai turi būti atliekami laikantis etikos normų atsižvelgiant į galimą poveikį gamtinei aplinkai. Aiškina galimą mokslinių tyrimų ir jų rezultatų poveikį gamtinei ir socialinei aplinkai.
Mokslo ir technologijų pažanga
Analizuoja ir kritiškai vertina mokslo ir technologijų pažangą, jos įtaką visuomenės raidai ir gyvenimo kokybei. Apibūdina chemijos mokslo vystymąsi Lietuvoje ir pasaulyje: įvardija žymiausius atstovus ir svarbiausius pasiekimus.
Pagrindinio ir vidurinio ugdymo uždaviniai
Chemijos dalyko žinios konstruojamos grindžiant moksline metodologija, mokiniai skatinami aktyviai veikti įvairiose situacijose, taikydami chemijos žinias nustatyti reiškinių dėsningumus ir priimti argumentuotus sprendimus.
Alternatyvūs šildymo variantai: šildymo dujų balionais sistema | STATYBŲ GIDAS
tags: #duju #molines #silumos #temperaturine #priklausomybe