Универсальная газовая постоянная в физике в чем измеряется
Уравнение Клапейрона-Менделеева. Единицы измерения универсальной газовой постоянной. Пример задачи
Идеальный газ
Газовое агрегатное состояние материи характеризуется хаотичным расположением частиц, расстояние между которыми значительно больше их размеров. Эти частицы находятся в постоянном движении, поэтому газ не сохраняет свою форму и свой объем.
Вам будет интересно: Ретироваться — это значит уходить: толкование слова
Идеальным газом называется любое вещество, размерами частиц которого и взаимодействиями между которыми можно пренебречь. В рамках концепции идеального газа считают, что любые столкновения частиц со стенками сосуда носят абсолютно упругий характер. Средняя кинетическая энергия частиц однозначно определяет температуру идеального газа.
Большинство реальных газов, которые находятся при не слишком высоких давлениях и не слишком низких температурах, можно считать с высокой точностью идеальными.
Универсальное уравнение состояния
Так называют уравнение, которое объединяет в рамках одного выражения все важные термодинамические параметры идеальной газовой системы. Запишем его:
Универсальное уравнение состояния системы позволяет получить любой газовый закон. Например, закон Гей-Люссака следует из него непосредственно, если положить постоянным объем во время термодинамического процесса.
Мы выше расшифровали 4 из 5 обозначений, присутствующих в формуле. Пятым является коэффициент R. Он называется универсальной газовой постоянной. Единицей измерения в СИ для него является джоуль на моль-кельвин (Дж/(моль*К)). Что это за величина, рассмотрим подробнее дальше в статье.
Постоянная R в физике
Выше мы увидели, что это некоторый коэффициент пропорциональности между давлением, объемом, температурой и количеством вещества. Единицей измерения универсальной газовой постоянной в системе СИ является Дж/(моль*К). Ее значение с точностью до трех знаков после запятой равно 8,314. Это число означает, что один моль идеального газа, будучи нагретым на 1 кельвин, в процессе своего расширения совершит работу 8,314 джоуля.
Постоянную R можно также интерпретировать несколько иначе: если затратить на нагрев одного моль газа энергию в 8,314 джоуля, то его температура возрастет на 1 кельвин. Иными словами, R характеризует связь между энергией и температурой для фиксированного количества вещества.
Заметим, что величина R в физике не является базовой (фундаментальной) константой такой, как скорость света или постоянная Планка. Поэтому с помощью выбора соответствующей температурной шкалы и количества частиц в системе можно добиться того, что R будет равно 1.
Впервые постоянную R в физику ввел Д. И. Менделеев, заменив ею в универсальном уравнении состояния Клапейрона ряд других констант. Отметим, что хотя величина R введена для газов, в современной физике она используется также в уравнениях Дюлонга и Пти, Клаузиуса-Моссотти, Нернста и в некоторых других.
Постоянные kB и R
Люди, которые знакомы с физикой, могли заметить, что существует еще одна постоянная величина, которая во всех физических уравнениях выступает в качестве переводного коэффициента между энергией и температурой. Эта величина называется постоянной Больцмана (kB). Она равна 1,38*10-23 Дж/К. Очевидно, что должна существовать математическая связь между kB и R. Такая связь действительно существует, она имеет следующий вид:
Решение задачи
После знакомства с единицами измерения универсальной газовой постоянной предлагается получить их из универсального уравнения для идеального газа, которое было приведено в статье. Ниже на рисунке изображено это уравнение.
Выразим из него величину R, получаем:
Теперь подставим для каждой физической величины соответствующую единицу измерения и упростим полученное выражение:
[R] = [Па*м3/(моль*К)] = [Н/м2*м3/(моль*К)] = [Н*м/(моль*К)] = [Дж/(моль*К)].
Как видно, при получении единиц измерения для R мы упрощали только единицы измерения числителя. Сначала была использована формула для давления, а затем произведение единиц силы на единицы расстояния были преобразованы в единицы работы.
ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ
Смотреть что такое «ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ» в других словарях:
ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ — физическая постоянная, входящая в уравнение состояния 1 моля идеального газа; обозначается R, равна 8,314 Дж/(К.моль) = 1,987 кал/(К.моль) … Большой Энциклопедический словарь
ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ — (обозначение R), универсальная постоянная в газовом уравнении (см. ЗАКОН ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА), также называемая универсальной молярной газовой постоянной, равна 8,314510 ДжК 1 моль 1 … Научно-технический энциклопедический словарь
газовая постоянная — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN gas constant … Справочник технического переводчика
Газовая постоянная — Универсальная газовая постоянная R0 ≈ 8,314 кДж/(кмоль·K) фундаментальна физическая константа. Индивидуальная газовая постоянная R = R0/M, кДж/(кг·K) константа для газа или газовой смеси конкретной молярной массы … Википедия
газовая постоянная — физическая постоянная, входящая в уравнение состояния 1 моля идеального газа; обозначается R, равна 8,314 Дж/(K·моль) = 1,987 кал/(K·моль). * * * ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ, физическая постоянная, входящая в уравнение состояния (см.… … Энциклопедический словарь
газовая постоянная — dujų konstanta statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. gas constant vok. Gaskonstante, f rus. газовая постоянная, f pranc. constante de gaz, f … Fizikos terminų žodynas
газовая постоянная — газовая константа … Cловарь химических синонимов I
Газовая постоянная — универсальная физическая постоянная R, входящая в уравнение состояния 1 моля идеального газа: pv = RT (см. Клапейрона уравнение), где р давление, v объём, Т абсолютная температура. Г. п. имеет физический смысл работы расширения 1 моля… … Большая советская энциклопедия
ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ — универс. физ. постоянная R, входящая в ур ние состояния идеального газа (см. Клапейрона уравнение); R = (8,314 510 ± 0,000 070) ДжДмоль*К). Удельной Г. п. наз. величина В = R/M, где М молярная масса … Большой энциклопедический политехнический словарь
ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ — физ. постоянная, входящая в уравнение состояния 1 моль идеального газа; обозначается R, равна 8,314 Дж/(К х моль) = = 1,987 кал/(К х моль) … Естествознание. Энциклопедический словарь
Газовая постоянная
Газовая постоянная (gas constant) — универсальная физическая постоянная.
Газовая постоянная входящая в уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона) и численно равная работе расширения 1 моля идеального газа в изобарическом процессе при увеличении температуры газа на 1 К.
В 1874 году Д. Менделеев вычислил значение константы в уравнении Менделеева-Клапейрона (уравнении состояния идеального газа) для одного моля газа, используя закон Авогадро, согласно которому 1 моль различных газов при одинаковом давлении и температуре занимает одинаковый объём ( 
).
В некоторых научных кругах эту постоянную принято называть постоянной Менделеева. Обозначается латинской буквой 
.
Входит в уравнение состояния идеального газа .
Входит в формулу для коэффициента диффузии сферических броуновских частиц
Удельная газовая постоянная (R/M) для сухого воздуха: Дж ⁄(кг∙К)
Универсальная газовая постоянная выражается через произведение постоянной Больцмана на число Авогадро
.
Универсальная газовая постоянная более удобна при расчетах, когда число частиц задано в молях.
Физически константа газа является константой пропорциональности. Связана с соотношением энергетического масштаба в физике с температурным масштабом, когда рассматривается моль частиц при указанной температуре.
Таким образом, значение газовой константы в конечном счете происходит от исторических решений и аварий в установлении энергетических и температурных масштабов. Также аналогичная историческая установка значения молярной шкалы, используемой для подсчета частиц.
Значение газовой постоянной
<\ displaystyle PV = nRT = mR _ <\ rm
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Газовая постоянная
Смотреть что такое «Газовая постоянная» в других словарях:
ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ — физическая постоянная, входящая в уравнение состояния 1 моля идеального газа; обозначается R, равна 8,314 Дж/(К.моль) = 1,987 кал/(К.моль) … Большой Энциклопедический словарь
ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ — (обозначение R), универсальная постоянная в газовом уравнении (см. ЗАКОН ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА), также называемая универсальной молярной газовой постоянной, равна 8,314510 ДжК 1 моль 1 … Научно-технический энциклопедический словарь
ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ — (R), универсальная фнз. постоянная, входящая в ур ние состояния 1 моля идеального газа: pv=RT (см. КЛАПЕЙРОНА УРАВНЕНИЕ), где р давление, v объём моля, Т абс. темп pa. Г. п. по своему физ. смыслу работа расширения 1 моля идеального газа под пост … Физическая энциклопедия
газовая постоянная — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN gas constant … Справочник технического переводчика
Газовая постоянная — Универсальная газовая постоянная R0 ≈ 8,314 кДж/(кмоль·K) фундаментальна физическая константа. Индивидуальная газовая постоянная R = R0/M, кДж/(кг·K) константа для газа или газовой смеси конкретной молярной массы … Википедия
газовая постоянная — физическая постоянная, входящая в уравнение состояния 1 моля идеального газа; обозначается R, равна 8,314 Дж/(K·моль) = 1,987 кал/(K·моль). * * * ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ, физическая постоянная, входящая в уравнение состояния (см.… … Энциклопедический словарь
газовая постоянная — dujų konstanta statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. gas constant vok. Gaskonstante, f rus. газовая постоянная, f pranc. constante de gaz, f … Fizikos terminų žodynas
газовая постоянная — газовая константа … Cловарь химических синонимов I
ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ — универс. физ. постоянная R, входящая в ур ние состояния идеального газа (см. Клапейрона уравнение); R = (8,314 510 ± 0,000 070) ДжДмоль*К). Удельной Г. п. наз. величина В = R/M, где М молярная масса … Большой энциклопедический политехнический словарь
ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ — физ. постоянная, входящая в уравнение состояния 1 моль идеального газа; обозначается R, равна 8,314 Дж/(К х моль) = = 1,987 кал/(К х моль) … Естествознание. Энциклопедический словарь
Газовая постоянная
Газовая постоянная R определяется как постоянная Авогадро N A, умноженная на постоянную Больцмана ( k B или k ):
Газовая постоянная фигурирует в законе идеального газа следующим образом:
п V знак равно п р Т знак равно м р s п е c я ж я c Т <\ displaystyle PV = nRT = mR _ <\ rm 
СОДЕРЖАНИЕ
Размеры [ править ]
Из закона идеального газа PV = nRT получаем:
Поскольку давление определяется как сила на единицу площади, уравнение газа также можно записать как:
р знак равно ж о р c е а р е а × v о л ты м е а м о ты п т × т е м п е р а т ты р е <\ displaystyle R = <\ frac <<\ dfrac <\ mathrm
Площадь и объем равны (длина) 2 и (длина) 3 соответственно. Следовательно:
р знак равно ж о р c е ( л е п грамм т час ) 2 × ( л е п грамм т час ) 3 а м о ты п т × т е м п е р а т ты р е знак равно ж о р c е × л е п грамм т час а м о ты п т × т е м п е р а т ты р е <\ displaystyle R = <\ frac <<\ dfrac <\ mathrm
Поскольку сила × длина = работа:
В противном случае мы также можем сказать, что:
Следовательно, мы можем записать R как:
Итак, в базовых единицах СИ :
Связь с постоянной Больцмана [ править ]
Измерение и замена на определенное значение [ править ]
Однако после переопределения базовых единиц СИ в 2019 году R теперь имеет точное значение, определенное в терминах других точно определенных физических констант.
Удельная газовая постоянная [ править ]
R s p e c i f i c = R M <\displaystyle R_<\rm
Так же, как постоянная идеального газа может быть связана с постоянной Больцмана, то же самое можно сделать и с постоянной газом путем деления постоянной Больцмана на молекулярную массу газа.
R s p e c i f i c = k B m <\displaystyle R_<\rm
Еще одно важное соотношение исходит из термодинамики. Соотношение Майера связывает удельную газовую постоянную с удельной теплотой теплоты идеального газа и термически совершенного газа.
R s p e c i f i c = c p − c v <\displaystyle R_<\rm >-c_<\rm Обратите внимание на использование единиц измерения в киломолях, что дает коэффициент 1000 в константе. USSA1976 признает, что это значение не согласуется с приведенными значениями для постоянной Авогадро и постоянной Больцмана. [8] Это несоответствие не является значительным отклонением от точности, и USSA1976 использует это значение R * для всех расчетов стандартной атмосферы. При использовании значения R по ISO расчетное давление увеличивается всего на 0,62 паскаль на 11 км (что эквивалентно разнице всего в 17,4 см или 6,8 дюйма) и на 0,292 Па на 20 км (эквивалент разницы всего в 17,4 см или 6,8 дюйма). 33,8 см или 13,2 дюйма). Также обратите внимание, что это было задолго до переопределения SI 2019 года, которое дало константе точное значение.Стандартная атмосфера США [ править ]