|
აირის კანონები
მაკროსკოპულ სხეულთა მდგომარეობა თერმოდინამიკაში
მექანიკაში ნაწილაკთა სისტემის მდგომარეობა განისაზღვრება მათი მდებარეობებით (კოორდინატებით) და სიჩქარეებით. საწყისი კოორდინატებისა და სიჩქარეების მიხედვით შეიძლება მოვნახოთ ნაწილაკთა მდებარეობა და სიჩქარე დროის ნებისმიერ მომდევნო მომენტში, თუ მოცემული იქნება ძალები.
შეუძლებელია განვსაზღვროთ უამრავი ნაწილაკისაგან შემდგარი მაკროსკოპული სხეულის შინაგანი მდგომარეობა. მაკროსკოპულ სხეულთა ქცევა შეიძლება დავახასიათოთ რამდენიმე ფიზიკური სიდიდით, რომლებიც ახასიათებს არა სხეულის შემადგენელ ცალკეულ მოლეკულებს, არამედ მთელ მაკროსკოპულ სხეულს. ასეთი სიდიდეებია: V მოცულობა, p წნევა, t ტემპერატურა და სხვ.
მაგალითად მოცემული მასის აირს ყოველთვის აქვს რაღაც განსაზღვრული მოცულობა, წნევა და ტემპერატურა. მოცულობა და წნევა მექანიკური სიდიდეებია, რომლებიც აღწერს აირის მდგომარეობას. ტემპერატურა მექანიკაში არ განიხილება, რადგან ის ახასიათებს სხეულის შინაგან მდგომარეობას.
მაკროსკოპული პარამეტრები. მაკროსკოპულ სხეულთა მდგომარეობა შეიძლება დავახასითოთ სიდიდეებით ისე, რომ მხედველობაში არ მივიღოთ მოლეკულური აგებულება. ამ სიდიდეებს მაკროსკოპული (ანუ თერმოდინამიკული) პარამეტრები ეწოდება. მაკროსკოპული პარამეტრები არ ამოიწურება მოცულობით, წნევითა და ტემპერატურით. მაგალითად, აირის ნარევისათვის საჭიროა ვიცოდეთ ნარევის ცალკეულ კომპონენტთა კონცენტრაციაც. თუ ნივთიერება მოთავსებულია ელექტრონულ ან მაგნიტურ ველში, მაშინ საჭიროა ამ ველთა მახასიათებლების ცოდნაც.
მეორე მხრივ, ჭურჭლის ფორმა, რომელშიც აირია მოთავსებული, არაა არსებითი მისი მდგომარეობის განსაზღვრისათვის. მაგალითად, მე-17 სურათზე გამოსახულ ჭურჭელში ჟანგბადი ზუსტად იმავე მდგომარეობაშია, როგორშიაც სხვა ფორმის ჭურჭიელში (სურ. 18), თუ ჭურჭლების მოცულობა, აირის მასა და ტემპერატურა ერთნაირია. კერძოდ, აირის წნევა ორივე ჭურჭელში ერთნაირია. ჭურჭლის ფორმაზე არ არის დამოკიდებული აირის კუმშვადობა და მისი სხვა თვისებები.
აირის წნევა მოლეკულურ-კინეტიკური თეორიის მიხედვით. აირის წნევის მაგალითით გამოვარკვიოთ, თუ რა აზრი აქვს მაკროსკოპულ პარამეტრებს მოლეკულურ-კინეტიკური თეორიის თვალსაზრისით. ვთქვათ, აირი მოთავსებულია დახშულ ჭურჭელში. მანომეტრი აჩვენებს აირის p0 წნევას. როგორ წარმოიქმნება ეს წნევა? აირის თითოეული მოლეკულა კედელზე დაჯახებისას გარკვეული ძალით მოქმედებს მასზე დროის მცირე შუალედში.
მოლეკულების უწესრიგო დარტყმების შედეგად კედლის ფართობის ერთეულზე მოქმედი ძალა, ე.ი. წნევა სწრაფად შეიცვლება დროის მიხედვით, დაახლოებით ისე, როგორც მე-19 სურათზეა ნაჩვენები. მაგრამ ცალკეული მოლეკულების დარტყმებით გამოწვეული ზემოქმედება იმდენად სუსტია, რომ მისი რეგისტრაცია მანომეტრით შეუძლებელია. მანომეტრი აღნიშნავს დროის მიხედვით საშუალო ძალას, რომელიც მოქმედებს მისი მგრძნობიარე ელემენტის - მემბრანის - თითოეულ კვადრატულ სანტიმეტრზე. მიუხედავად წნევის მცირე ცვლილებებისა, p0 საშუალო წნევა პრაქტიკულად სრულიად გარკვეული სიდიდისაა, რადგან კედელზე მომხდარი დარტყმა უამრავია, მოლეკულების მასა კი ძალიან მცირეა. აირის წნევის წარმოქმნა შეიძლება განვმარტოთ მარტივი მექანიკური მოდელის საშუალებით.
ავიღოთ დისკო (ის ასრულებს მანომეტრის მემბრანის როლს) და დავამაგროთ ღეროზე ისე, რომ მოთავსდეს ვერტიკალურად და შეეძლოს ღეროსთან ერთად შემობრუნდეს ვერტიკალური ღერძის გარშემო (სურ. 20). დახრილი ღარის საშუალებით დისკოზე მივმართოთ წვრილი საფანტის ნაკადი (საფანტი ასრულებს მოლეკულების როლს). საფანტის ბურთულების მრავალი დარტყმის შედეგად დისკოზე მოქმედებს რაღაც საშუალო ძალა, რომელიც ღეროს შემობრუნებასა და დრეკადი ფირფიტის გაღუნვას იწვევს. საფანტის ცალკეული ბურთულების დარტყმათა ეფექტი კი შეუმჩნეველია.
არა მარტო წნევას, არამედ სხვა მაკროსკოპულ პარამეტრებსაც აქვს მოლეკულების დაკავშირებული ამა თუ იმ მიკროსკოპული სიდიდეების საშუალოს (დროის დიდ შუალედში) აზრი.
| 
