Stała gazowa - Polski Serwis Naukowy

Stała gazowa (uniwersalna stała gazowa) (oznaczana jako R) – stała fizyczna równa pracy wykonanej przez 1 mol gazu doskonałego podgrzewanego o 1 kelwin (stopień Celsjusza) podczas przemiany izobarycznej.

Uniwersalna stała gazowa jest stałym współczynnikiem w równaniu stanu gazu doskonałego: $p = {nRT\over{V}}$

gdzie:

Temperatura – jedna z podstawowych ) w termodynamice, będąca miarą stopnia nagrzania ciał. Temperaturę można ściśle zdefiniować tylko dla stanów równowagi termodynamicznej, bowiem z termodynamicznego punktu widzenia jest ona wielkością reprezentującą wspólną własność dwóch układów pozostających w równowadze ze sobą. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.

Kelwin – jednostka temperatury w układzie SI równa 1/273,16 temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody, oznaczana K. Definicja ta odnosi się do wody o następującym składzie izotopowym: 0,00015576 mola 2H na jeden mol 1H, 0,0003799 mola 17O na jeden mol 16O i 0,0020052 mola 18O na jeden mol 16O[1].

p - ciśnienie gazu (w Pa),

T - temperatura gazu (w K),

V - objętość zajmowana przez gaz podlegający przemianie (w m),

n - liczba moli gazu podlegającego przemianie.

Wartość uniwersalnej stałej gazowej nie zależy od rodzaju gazu, dla każdego gazu jest jednakowa i wynosi: $R=\text{8},\text{3144621(75) }\frac{\operatorname{J}}{\operatorname{mol}\cdot \operatorname{K}}$

Dla gazu doskonałego, uniwersalna stała gazowa jest równa różnicy ciepła właściwego molowego przy stałej objętości oraz przy stałym ciśnieniu:

Objętość jest miarą przestrzeni, którą zajmuje dane ciało w przestrzeni trójwymiarowej. W układzie SI jednostką objętości jest metr sześcienny, jednostka zbyt duża do wykorzystania w życiu codziennym. Z tego względu najpopularniejszą w Polsce jednostką objętości jest jeden litr (l) (1 l = 1 dm3 = 0,001 m³).

Objętość właściwa – objętość zajmowana w dowolnych warunkach przez substancję o masie 1 kg, wyrażona w metrach sześciennych na kilogram. Jest odwrotnością gęstości.

$R = C_p - C_v \,$

Pomiar stałej gazowej

W roku 2006 dokonano, jak dotychczas, najdokładniejszego pomiaru R poprzez pomiar prędkości dźwięku ca(p, T) w argonie w temperaturze T punktu potrójnego wody (użyty do zdefiniowania kelwina) przy różnych ciśnieniach p, i ekstrapolacji do granicy ciśnienia zerowego ca(0, T). Wartość R jest otrzymana wtedy z zależności:

Przemiana izobaryczna to proces termodynamiczny, podczas którego ciśnienie układu nie ulega zmianie, natomiast pozostałe parametry termodynamiczne czynnika mogą się zmieniać. Procesy izobaryczne mogą zachodzić zarówno w sposób odwracalny, jak i nieodwracalny. Odwracalny proces izobaryczny przedstawia na wykresie krzywa zwana izobarą. Praca wykonana przez układ (lub nad układem) w odwracalnym procesie izobarycznym jest równa ubytkowi (lub przyrostowi) entalpii układu. W szczególności, gdy jedyny wkład do pracy stanowi praca objętościowa (polegająca na zmianie objętości układu), jest ona wyrażona wzorem

Równanie Clapeyrona, równanie stanu gazu doskonałego to równanie stanu opisujące związek pomiędzy temperaturą, ciśnieniem i objętością gazu doskonałego, a w sposób przybliżony opisujący gazy rzeczywiste. Sformułowane zostało w 1834 roku przez Benoîta Clapeyrona. Prawo to można wyrazić wzorem

$c_\mathrm{a}^2(0, T) = \frac{\kappa_0 R T}{\mu},$

gdzie:

κ0 – wykładnik adiabaty,

T – temperatura,

μ – masa molowa argonu.

Indywidualna stała gazowa

Indywidualna stała gazowa (oznaczana jako r) – stała fizyczna równa pracy wykonanej przez 1 kg gazu podgrzewanego o 1 kelwin (stopień Celsjusza) podczas przemiany izobarycznej.

Również indywidualna stała gazowa jest stałym współczynnikiem w równaniu stanu gazu doskonałego:

Argon (Ar, łac. argon) – pierwiastek chemiczny będący gazem szlachetnym. Jest praktycznie niereaktywny i nie ma żadnego znaczenia biologicznego, jest także jednym ze składników powietrza. Argon wyodrębnili i zidentyfikowali Lord Rayleigh i sir William Ramsay w 1894 roku.

Komitet Danych dla Nauki i Techniki (ang. Committee on Data for Science and Technology — CODATA) międzynarodowa organizacja z siedzibą w Paryżu, założona w 1966 roku jako część ICSU (Międzynarodowej Rady Stowarzyszeń Naukowych).

$p = {rT\over{v}}$

gdzie:

p - ciśnienie gazu (w Pa),

T - temperatura gazu (w K),

v - objętość właściwa gazu podlegającego przemianie (w m/kg).

Indywidualna stała gazowa jest równa różnicy między ciepłem właściwym przy stałej objętości a ciepłem właściwym przy stałym ciśnieniu: $r = c_p - c_v\,$

Wartość indywidualnej stałej gazowej jest zależna wyłącznie od masy molowej gazu i można ją wyliczyć z zależności:

Ciśnienie to wielkość skalarna określona jako wartość siły działającej prostopadle do powierzchni podzielona przez powierzchnię na jaką ona działa, co przedstawia zależność:

Ekstrapolacja – prognozowanie wartości pewnej zmiennej lub funkcji poza zakresem, dla którego mamy dane, przez dopasowanie do istniejących danych pewnej funkcji, następnie wyliczenie jej wartości w szukanym punkcie.

$r = {R\over{M}}$

gdzie: M - masa molowa gazu (w kg/kmol].

Literatura

Kalinowski E., Termodynamika, Wrocław, Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, 1994.

Szargut J., Termodynamika techniczna, Gliwice, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 2000.

Tuliszka E., Termodynamika techniczna, Warszawa, PWN, 1980.

Wiśniewski S., Termodynamika techniczna, Warszawa, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2005.

Zobacz też

równanie Clapeyrona

równanie stanu

przemiana termodynamiczna

Przypisy

wg CODATA, 2010
R = 848 kgfm/(k mol·K) w układzie ciężarowym