Нормальні умови у фізиці та їх важливість для опису газових систем

Коли у фізиці вивчають той чи інший закон або коли розглядають властивості тіла або системи, то завжди кажуть про умови, в яких цей закон виконується, а властивості проявляються. В даній статті розглянемо детальніше питання, що значить нормальні умови у фізиці.

Температура і тиск

Абсолютна температура, описує кінетичну енергію складають систему частинок, і тиск, що відбиває силовий вплив тіл один на одного, є двома основними фізичними величинами, які в більшості випадків визначають властивості тел.

Дійсно, наприклад, розширення металевих предметів визначається їх температурою кипіння води і її замерзання також залежить від цієї фізичної величини. У загальному випадку можна сказати, що кінетична енергія частинок системи визначає інтенсивність протікання будь-яких фізичних процесів. У фізиці температуру прийнято використовувати в одиницях абсолютної шкали, тобто в кельвінах. З звичними градусами Цельсія кельвины пов’язані так:

T(K) = 273,15 + T(oC)

Тиск — ще одна важлива величина, від якої вже залежать такі властивості, як температура кипіння і точка випадання роси, відстань між частинками в газах і можливість використання ідеальної моделі для їх опису. Тиск виражається в паскалях в системі СІ. Нагадаємо, що на рівні моря тиск на нашій планеті складає 101325 паскалів.

Нормальні умови у фізиці

Тепер повернемося до теми статті. Якщо відповідати коротко на питання, що таке нормальні умови у фізиці, то слід навести всього дві цифри — це температура 273,15 к і тиск 105 паскалів. Розберемося, чим же так важливі ці значення, що їх сукупність утворює цілий фізичний термін.

Якщо подивитися на записану в попередньому пункті формули, то можна зрозуміти, що температура 273,15 К дорівнює 0 oC. Насамперед ця температура важлива людині тому, що при ній чиста вода замерзає, а лід плавиться. Тобто вона є точкою рівноваги процесів кристалізація-плавлення найбільш важливою для нашого життя рідини.

Тиск 105, або 100 тисяч паскаль — це значення вибрано в якості нормальних умов у фізиці, тому що воно близьке до однієї атмосфері, і його, як кругле число, зручно використовувати в розрахунках.

Іноді можна побачити в задачах термін «стандартні умови». Це означає, що слід взяти тиск не 105, а точніше — 101325. Температура при стандартних умовах залишається тією ж, що при нормальних (в деяких випадках її помилково вибирають рівною 298 К).

Важливість нормальних умов для газів

Використання поняття нормальних умов у фізиці для газів є ключовим у виборі моделі для опису систем, що знаходяться в певному агрегатному стані. Справа в тому, що гази, що мають температуру вище 0 oC, і тиск менше однієї атмосфери, можна описувати на основі ідеальної моделі молекулярно-кінетичної теорії. Основним результатом цієї моделі є рівняння стану ідеального газу, яке відоме як закон Клапейрона-Менделєєва.

Якщо ж температура газу набагато нижче вказаного значення, а тиск в ньому набагато вище однієї атмосфери, то слід описувати таку систему за допомогою моделі реальних газів і застосовувати рівняння Ван-дер-Ваальса.

Таким чином, нормальні умови у фізиці газів є орієнтовною кордоном використання фізичних моделей опису термодинамічних систем.