পদার্থের সামগ্রিক অবস্থা, যেখানে কণার গতিশক্তি তাদের মিথস্ক্রিয়া সম্ভাব্য শক্তিকে ছাড়িয়ে যায়, তাকে গ্যাস বলে। এই জাতীয় পদার্থের পদার্থবিদ্যা উচ্চ বিদ্যালয়ে বিবেচনা করা শুরু হয়েছে। এই তরল পদার্থের গাণিতিক বর্ণনার মূল সমস্যা হল একটি আদর্শ গ্যাসের জন্য রাষ্ট্রের সমীকরণ। আমরা নিবন্ধে এটি বিস্তারিতভাবে অধ্যয়ন করব।
আদর্শ গ্যাস এবং আসল গ্যাস থেকে এর পার্থক্য
আপনি যেমন জানেন, যে কোনো গ্যাসের অবস্থা তার উপাদান অণু এবং পরমাণুর বিভিন্ন গতির সাথে বিশৃঙ্খল গতি দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। বাস্তব গ্যাসে, যেমন বায়ু, কণা একে অপরের সাথে এক বা অন্যভাবে যোগাযোগ করে। মূলত, এই মিথস্ক্রিয়াটির একটি ভ্যান ডের ওয়ালস চরিত্র রয়েছে। যাইহোক, যদি গ্যাস সিস্টেমের তাপমাত্রা বেশি হয় (কক্ষের তাপমাত্রা এবং তার উপরে) এবং চাপটি বিশাল না হয় (বায়ুমণ্ডলের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ), তবে ভ্যান ডের ওয়ালস মিথস্ক্রিয়া এত কম হয় যে নাপুরো গ্যাস সিস্টেমের ম্যাক্রোস্কোপিক আচরণকে প্রভাবিত করে। এক্ষেত্রে তারা আদর্শের কথা বলে।
উপরের তথ্যগুলিকে একটি সংজ্ঞায় একত্রিত করে, আমরা বলতে পারি যে একটি আদর্শ গ্যাস এমন একটি সিস্টেম যেখানে কণাগুলির মধ্যে কোনও মিথস্ক্রিয়া নেই। কণাগুলো নিজেই মাত্রাহীন, কিন্তু তাদের একটি নির্দিষ্ট ভর রয়েছে এবং জাহাজের দেয়ালের সাথে কণার সংঘর্ষ স্থিতিস্থাপক।
ব্যবহারিকভাবে সমস্ত গ্যাস যেগুলি একজন ব্যক্তি দৈনন্দিন জীবনে সম্মুখীন হয় (বাতাস, গ্যাসের চুলায় প্রাকৃতিক মিথেন, জলীয় বাষ্প) অনেকগুলি ব্যবহারিক সমস্যার জন্য সন্তোষজনক নির্ভুলতার সাথে আদর্শ হিসাবে বিবেচিত হতে পারে৷
পদার্থবিদ্যায় রাষ্ট্রের আদর্শ গ্যাস সমীকরণের উপস্থিতির পূর্বশর্ত
মানবজাতি XVII-XIX শতাব্দীতে বৈজ্ঞানিক দৃষ্টিকোণ থেকে পদার্থের গ্যাসীয় অবস্থাকে সক্রিয়ভাবে অধ্যয়ন করেছে। আইসোথার্মাল প্রক্রিয়া বর্ণনাকারী প্রথম আইনটি ছিল সিস্টেম V এর আয়তন এবং P এর মধ্যে চাপের মধ্যে নিম্নলিখিত সম্পর্ক:
রবার্ট বয়েল এবং এডমে মারিওট পরীক্ষামূলকভাবে আবিষ্কার করেছিলেন
PV=const, T=const সহ।
১৭ শতকের দ্বিতীয়ার্ধে বিভিন্ন গ্যাস নিয়ে পরীক্ষা-নিরীক্ষা করে উল্লিখিত বিজ্ঞানীরা দেখতে পান যে আয়তনের উপর চাপের নির্ভরতা সর্বদাই একটি হাইপারবোলার আকার ধারণ করে।
তারপর, 18 শতকের শেষের দিকে - 19 শতকের শুরুতে, ফরাসি বিজ্ঞানী চার্লস এবং গে-লুসাক পরীক্ষামূলকভাবে আরও দুটি গ্যাস আইন আবিষ্কার করেছিলেন যা গাণিতিকভাবে আইসোবারিক এবং আইসোকোরিক প্রক্রিয়াগুলিকে বর্ণনা করেছিল। উভয় আইন নীচে তালিকাভুক্ত করা হয়েছে:
- V / T=const, যখন P=const;
- P / T=const, V=const সহ।
উভয় সমতাই যথাক্রমে ধ্রুবক চাপ এবং আয়তন বজায় রেখে গ্যাস এবং তাপমাত্রার পাশাপাশি চাপ ও তাপমাত্রার মধ্যে সরাসরি সমানুপাতিকতা নির্দেশ করে।
একটি আদর্শ গ্যাসের অবস্থার সমীকরণ সংকলনের আরেকটি পূর্বশর্ত ছিল 1910-এর দশকে অ্যামেডিও অ্যাভাগাড্রো দ্বারা নিম্নলিখিত সম্পর্কের আবিষ্কার:
n / V=const, T, P=const সহ।
ইতালীয় পরীক্ষামূলকভাবে প্রমাণ করেছে যে আপনি যদি n পদার্থের পরিমাণ বাড়ান, তবে ধ্রুব তাপমাত্রা এবং চাপে, আয়তন রৈখিকভাবে বৃদ্ধি পাবে। সবচেয়ে আশ্চর্যের বিষয় ছিল যে একই চাপ এবং তাপমাত্রায় ভিন্ন প্রকৃতির গ্যাসগুলি একই আয়তন দখল করে যদি তাদের সংখ্যা মিলে যায়।
ক্লেপিরন-মেন্ডেলিভ আইন
19 শতকের 30 এর দশকে, ফরাসী এমিল ক্ল্যাপেয়ারন একটি কাজ প্রকাশ করেছিলেন যেখানে তিনি একটি আদর্শ গ্যাসের জন্য রাষ্ট্রের সমীকরণ দিয়েছিলেন। এটি আধুনিক রূপ থেকে কিছুটা আলাদা ছিল। বিশেষ করে, Clapeyron তার পূর্বসূরিদের দ্বারা পরীক্ষামূলকভাবে পরিমাপ করা নির্দিষ্ট ধ্রুবক ব্যবহার করেছিলেন। কয়েক দশক পরে, আমাদের স্বদেশী ডি. আই. মেন্ডেলিভ ক্ল্যাপেয়ারন ধ্রুবকগুলিকে একটি একক দিয়ে প্রতিস্থাপিত করেছিলেন - সার্বজনীন গ্যাস ধ্রুবক R। ফলস্বরূপ, সর্বজনীন সমীকরণটি একটি আধুনিক রূপ অর্জন করেছে:
PV=nRT
এটা অনুমান করা সহজ যে এটি গ্যাস আইনের সূত্রগুলির একটি সহজ সমন্বয় যা উপরে নিবন্ধে লেখা হয়েছে।
এই অভিব্যক্তিতে ধ্রুবক R এর একটি খুব নির্দিষ্ট শারীরিক অর্থ রয়েছে। এটি 1 মোল কাজ করবে তা দেখায়।গ্যাস যদি 1 কেলভিন (R=8.314 J / (molK)) তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে প্রসারিত হয়।
সর্বজনীন সমীকরণের অন্যান্য রূপ
একটি আদর্শ গ্যাসের জন্য রাষ্ট্রের সার্বজনীন সমীকরণের উপরের রূপটি ছাড়াও, রাষ্ট্রের সমীকরণ রয়েছে যা অন্যান্য পরিমাণ ব্যবহার করে। এখানে সেগুলি নীচে রয়েছে:
- PV=m / MRT;
- PV=NkB T;
- P=ρRT / M.
এই সমতাগুলিতে, m হল একটি আদর্শ গ্যাসের ভর, N হল সিস্টেমের কণার সংখ্যা, ρ হল গ্যাসের ঘনত্ব, M হল মোলার ভরের মান৷
মনে রাখবেন যে উপরে লিখিত সূত্রগুলি কেবলমাত্র তখনই বৈধ যদি SI ইউনিটগুলি সমস্ত শারীরিক পরিমাণের জন্য ব্যবহার করা হয়৷
উদাহরণ সমস্যা
প্রয়োজনীয় তাত্ত্বিক তথ্য পাওয়ার পর, আমরা নিম্নলিখিত সমস্যার সমাধান করব। বিশুদ্ধ নাইট্রোজেন 1.5 atm চাপে থাকে। একটি সিলিন্ডারে, যার আয়তন 70 লিটার। একটি আদর্শ গ্যাসের মোলের সংখ্যা এবং এর ভর নির্ধারণ করা প্রয়োজন, যদি এটি জানা যায় যে এটি 50 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায়।
প্রথম, আসুন এসআই-তে পরিমাপের সমস্ত একক লিখি:
1) P=1.5101325=151987.5 Pa;
2) V=7010-3=0.07 m3;
3) T=50 + 273, 15=323, 15 K.
এখন আমরা এই ডেটাগুলিকে ক্ল্যাপেয়ারন-মেন্ডেলিভ সমীকরণে প্রতিস্থাপন করি, আমরা পদার্থের পরিমাণের মান পাই:
n=PV / (RT)=151987.50.07 / (8.314323.15)=3.96 mol
নাইট্রোজেনের ভর নির্ণয় করতে, আপনাকে এর রাসায়নিক সূত্রটি মনে রাখতে হবে এবং মানটি দেখতে হবেএই মৌলের জন্য পর্যায় সারণিতে মোলার ভর:
M(N2)=142=0.028 kg/mol.
গ্যাসের ভর হবে:
m=nM=3.960.028=0.111 kg।
এইভাবে, বেলুনে নাইট্রোজেনের পরিমাণ 3.96 mol, এর ভর 111 গ্রাম।
