قانون گازهاي كامل ونظريه جنبشي

مقدمه :
هر چند كه شناختن گرما به عنوان يكي از اشكال انرژي پيامد
آزمايشهايي روي مايعات و جامدات انجام گرفته اما اين مطالعه خواص گرمايي گازه است كه به روشن ترين شكل روابط گرمايي حركت مولكولي و كار ديناميكي را نشان ميدهد دراين فصل توجه خود را عمدتا به مدلي ايده ال از گازهاي حقيقي معطوف مي كنيم گاز كامل شامل تعداد زيادي از ذرات يكسان و بينهايت كوچك است كه كنش متقابل آنها بر هم محدود به برخوردهايي كشسان است كه گاه گاهي و بنيادي معطوف كنيم و خود را درگير جزئيات دشوار كه اساسي هم نيستند .اين فصل به سه بخش اصلي تقسيم مي شود . ابتدا شواهد

تجربي مربوط به رابطه بين فشار حجم ودماي گازهاي كامل را مرور مي كنيم با استفاده از اين دادهها و معادلات حالات گاز كامل را بدست مي اوريم سپس همين معادله رابا استفاده از چند فرض معقول فيزيكي درباره ماهيت ميكروسكپي گاز بدست مي آوريم بررسي خواص دينا ميكي مولكول ها و اعمال قوانين نيوتن به رابطه بين فشار حجم و انرژي جنبشي متوسط انتقال و مولكول منجر مي شود سرانجام اين دو رهياف در قالب يك نظريه هماهنگ ادغام مي كنيم.

كميتهاي مولي:
غالبا راهترين كار اين بود كه معادلات ربط دهنده متغير هاي گوناگون فيزيكي را بر حسب جرم طول ياحجم واحد يا جرم واحد P بيان مي كنيم در معادله برنولي چگالي را به شكل نيروي G حجم ظاهر مي شود ثا بت گرانشي بين جرمهاي واحد كه به فاصله واحد طول از يكديگر تعريف كرديم براي مقا صد فعلي ما مناسب‌ترين مقياس واحد جرم نيست بلكه واحدي است كه بر مبناي تعدادي ثابت از ذرات يا تعداد مو لكولها بر گرم مول استوار است يك گرم مول يا صرفامول بنابر تغريف عبارت است از مقداري ماده كه جرم آن بر حسب گرم با وزن مولكولي تشكيل دهنده اش برابر باشد واحد يعني كيلو گرم مول عبارت است از مقداري از ماده SI كه جرم آن بر حسب كيلو گرم با وزن مولكولي تشكيل دهنده اش برابر باشد وزن مولكولي در

واقع عنواني نا درست است زيرا واقعا وزن نيست .وزن مولكولي نسبت جرم مولكول به يك دوازدهم جرم اتمي كربني است ه هسته آن فراوانتر ايزوتوپ باشد. اين كه وزن مولكولي را نسبت جرم مولكولي به جرم اتم هيدروژن بگيريم از دقتي برخوردار است كه فعلا براي ما كافي است جرم مولكولي يك مولكول تك اتمي همان جرم مولكولي چند اتمي جرم مولكولي عبارت است از مجموع جرم اتمي.

معادله حالات گاز كامل:
تعداد مولكولهاي گاز ۱ATM حتي در حجم نسبتا كوچك است روشن است كه محاسبه دقيق رفتار ۱۹^۱۰*۷/۲ ديناميكي تمام ذرات گاز بي ثمر مي باشد خوشبختانه خواص كپه اي يك دسته بزرگ از ذرات را مي توان بدون دانستن جزئيات رفتار تك تك به دست أورد اين خواص مثلا فشار حجم ودما را توابع حالت سيستم ورابطه بين آنهارا معادله حالت مي نامند. ازمايشهاي رابرت بويل از نخستين ازمايشهاي دقيقي بود كه درباره رفتار گازها انجام شد .او كوچكترين پسر ارل كرك بود واستطاعت مالي كافي داشت چنان گه مي توانست به عنوان سرگرمي جانبي به دنبال كنجكاوي علمي برود بول يك سلسله اندازه گيري درباره فنريت هوا انجام داد و پي برد كه يك فرمول رياضي ساده ميتواند رابطه رابطه بين فشار و حجم مقداري ثابت از هوا در دمايي ثابت را بيان كند. اين رابطه كه امروز ان را قانون بويل مي دانند عبارت از:
PW= مقدار ثابت
P*(NV)=PV=N مقدار ثابت *
N هوا را اشغال ميكند۱MOL حجم مولي يعنيV كه فشاري است كه گاز بر جدار ظرف وارد Pتعداد موله هوا فضايي دو ۲MOLبنابر معادله در دما وفشار يكسان هوا را اشغال مي كند همه گازها چگاليشان۱MOL برابر هر چند باشد بين درجه هايي يكسان از گرما به يك اندازه انبساط مي يابند. در مورد گازهاي دائمي افزايش حجم بين ماي ذوب يخ برابر با حجم اوليه براي دما سنج گراد ست.

نظريه جنبشي:
مولكولي از يك گاز كامل را در حالت تعادل گرمايي با جدارهاي ظرفي به حجم V در نظر مي گيريم گاه ممكن است ذره اي به طور كشسان با ذره ديگر برخورد كند چنانكه انرژي و اندازه حركت اين دو ذره با پايستگي انرژي و اندازه حركت كل تغيير كند مي توان نشان داد كه در برخورديك ذره سريع به ذره اي كند محتملترين نتيجه ان است كه ذره سريع انرژي از دست بدهد و ذره انرژي كسب كند به اين ترتيب برخورد هاي بين مولكولي گرايشدارند سيستم را به ارايشي تعادلي برساند كه در ان ذرات گاز انرژي جنبشي وسرعت قابل مقايسه اي كسب و ان را حفظ كند اما معني اين امر ان است كه سرعت همه ذرات يكسان است اصلا اين طور نيست بنابر عبارت بالا سرعت متوسطي وجود دارد كه سرعت ذرات در اطراف ان توزيع شده است با استفاده از روشهاي پيچيده مي توان توزيع سرعتها را در مجموعه اي بزرگ از ذرات استنتاج كرد.

جيمز كلرك ما كسول ولودويگ بولتسمان نخستين كساني بودند كه چنين محاسبه اي را انجام دادند .از انجا كه در يك ظرف يكسان جريان خالصي از گاز وجود ندارد جمع برداري اندازه حركت تمام ذرات بايد صفر باشد سرعت خالص نيز بايد صفر باشد يعني به طور متوسط تعداد ذراتي كه به سمت چپ مي روند برابر با همان تعدادي است كه به راست مي روند و تعداد ذراتي كه به بالا مي روند نيز با آنهايي كه پايين مي ايند برابر است سادهترين فزض اين است كه كه ذره به طور كشسان وامي جهد مانند يكتوپ پينگ پنگ . فرض كنيد ذره اي به جداره برخورد كند و به آن بچسبد اين ذره به عبارت سا كن شدن انرژي جنبش خود را به جداره مي دهد و اگر اين فرايند براي مدتي در مورد ذرات زيادي زيادي ادامه يابد انرژي قابل ملاحظه به جدار منتقل مي شود اين انتقال انرژي نشان مي‌دهد كه

 

ظرف و گاز داخل ان در حالت تعادل گرمايي نيستند كه ناقض فرض اوليه استاتفاقي كه در مورد گازهاي كامل مي افتد ان است كه مولكول ممكن است به مدتي كوتاه به جداره بچسبد اما پس از ان جداره انرژي كسب كند و به داخل ظرف باز مي گردد به طور متوسط انرژي واندازه ي حركتي كه مولكولها طي چسبيدن به جداره از دست مي دهد در بازگشت به داخل ظرف به انها پس داده مي شود. پس اين فرض كه همه برخوردها كشسانند هر چند غير واقعي است تا جايي كه تاكيد اصلي بر خواص متوسط نه بر رفتار فردي تك تك مولكولهاي گاز است اما راه به بي راهه نمي كشاند . براي ساده كردن محاسبات فرض مي L كنيم كه گاز كامل داخل جعبه اي مكعبي به طول ذره معطوف N است توجه خود را به يكي از L^3 و حجم به V1 ,V1 , V1 بامولفهاي V1 ميكنيم كه با سرعت ميرود لحظه اي را كه ذره به ديواره برخورد ميكند X=Lطرف ميناميم .

T=0

ظرفيت گازهاي گرمايي:
گازها نيز مانند مايعات و جامداتظرفيت ويژه اي دارند اما ظرفيت گرمايي گازها بر خلاف مايعات وجامدات قويا به شرطي بستگي دارند كه اندازه گيري در انها صورت مي گيرد يك مولكول گاز در حجمي استوانه اي محدود است كه پيستوني متحرك كاملا به قالب ان داخلش قرار گرفته است يا مي توان پيستون را در نقطه اي ثابت كرد و حجم را ثابت نگه داشت يا فشاري ثابت بر سطح پيستون وارد اورد برابر شود در هر حالت مي دانيم كه در تعادل گرماي :
PV=RT

گازهاي تك اتمي:
اگرگاز تك اتمي باشد ان گاه V=3 وكل انرژي مولكولي سيستم فقط ناشي از انرژي جنبشي انتقال تك تك اتم هاست بنا براين انرژي داخلي گاز صرفا عبارت است از:
(گازهاي تك اتمي)برمول U=3/2 RT
فرض كنيد كه به يك مول گاز تك اتمي مقداري گرما مثلاQCAL بدهيم انرژيQ كه به شكل گرما به گاز داده‌ايم مي توانند دو اثر داشته باشند يكي اين كه مي توان گاز را به انجام كار مكانيكي وا دارد مثلا بيستون را در مقابل نيروي خارجي به بيرون ببارد و يا مي تواند انرژي داخلي گاز Uرا افزايش يافت كه به اين ترتيب به شكل افزايش دما ظاهر مي شود يا ممكن است كه گاز هم كار مكانيكي انجام دهد هم دمايش تغيير كند . در نقطه اي ثابت گاز نمي تواند كار مكانيكي انجام دهد .

۱\۶۶ ۱\۰۰ ۳\۰۰ ۴\۹۸ HE
1\64 0\98 3\03 4\97 NE

۱\۶۷ ۱\۰۰ ۳\۰۱ ۵\۰۰ AR
1\68 1\02 2\96 4\97 KR
1\66 1\00 3\00 4\97 XE

۱\۴۱ ۱\۰۰ ۴\۹۰ ۶\۸۹ H2
1\40 1\00 4\97 6\96 N2
1\40 1\00 5\03 7\02 O2

۱\۴۰ ۱\۰۰ ۴\۹۶ ۶\۹۵ CO
1 \40 1\00 5\00 6\95 NO

۱\۳۰ ۱\۰۳ ۶\۷۰ ۸\۷۴ CO2
1\30 1\03 6\78 8\82 N2O

۱\۳۱ ۱\۰۱ ۶\۴۷ ۸\۴۸ CH2
1\32 1\05 6\55 8\64 H2S

۱\۲۶ ۱\۰۳ ۷\۹۲ ۹\۹۷ C2H2
1\22 1\05 9\51 11\60 C2H6
به ترتيب: گازهاي تك اتمي گازهاي دو اتمي گازهاي سه اتمي گازهاي چنداتمي
((بنام افريدگار يكتا))

موضوع تحقيق:
قانون گازهاي كامل و نظريه جنبشي

دبير مربوطه:
آقاي قنوي
تهيه كننده وتنظيم:
شايسته افتخاري

دبيرستان غير انتفايي پويا
سال تحصيلي ۸۳-۸۲

بحث و نتيجه‌گيري
نتايج توصيفي اين تحقيق نشان مي‌دهد كه اكثريت مربيان و كشتي‌گيران مهارت رواني انگيزش را در موفقيت يك كشتي‌گير موثر دانسته‌اند.
ديميتروف و پوپسكي در سال ۱۹۸۷ تحقيق را جهت شناسايي اثرات انگيزشي بر روي عملكرد مهارت هاي واليبال با استفاده از يك پرسشنامه بين فعاليت‌هاي ۱۱ تا ۱۳ ساله انجام دادند و به اين نتيجه رسيدند كه انگيزش نقش مهمي در يادگيري مهارت‌هاي والياب توسط واليباليست‌هاي جوان در مراحل اوليه تمرين دارد.
ديميتروف مجدداً در سال ۱۹۸۷ مطالعه‌اي را در رابطه با مشكلات پيدايش انگيزه و اطلاعات اوليه واليباليست‌هاي جوان بر روي ۴۲۲ واليباليست دختر كه در مراحل اوليه يادگيري مهارت‌هاي واليبال بودند، انجام داد و به اين نتيجه رسيد كه اگر در شرايط آمادگي اوليه، اجراها بطور صحيح انجام پذيرد، باعث موفقيت در واليبال خواهد شد و انگيزش در اين راستا تاثير قابل توجهي روي بازيكنان طي دوره‌ي آموزش خواهد داشت.

در همين رابطه ماهوني تحقيقي در سال ۱۹۸۹ در رابطه با انگيزش ورزشكاران وزنه‌بردار نخبه و غيرنخبه المپيك انجام داده و به اين نتيجه رسيد كه وزنه‌بداران نخبه از انگيزش قوي‌تري نسبت به غيرنخبه‌ها برخوردارند.
در كشورمان نيز آقاي حسين الهياري در تحقيق در سال ۱۳۸۱ در رابطه با انگيزش انجام داد و به اين نتيجه رسيد كه اكثريت مربيان و كشتي‌گيران مهارت رواني انگيزش را در موفيت يك وزنه‌بردار موثر دانسته‌اند.