Реал жүйелердің құрылысы және күй теңдеуі

Біз мектепте көбіне идеал жүйелердің заңдылықтарын оқимыз. Ең алдымен идеал газдың заңдылықтарын еске түсірейік. Идеал газ деп молекулаларының арасында алыстан әсерлесу потенциалы жоқ, әсерлесу тек молекулалар өз-ара соқтығысу кезінде ғана болатын газды айтады. Егер біз осындай газдың күй теңдеуін білсек, ол теңдеуден газда болатын процесстердің, және басқада заңдылықтарын шығарып алуға болады.

Идеал газдың күй теңдеуін ғылымда Клапейрон –Менделеев теңдеуі деп атайды. Массасы m-ге тең газ үшін бұл теңдеуді былай жазады:

PV= (m/м) RT (1)

PV=RT, (2)

Өйткені m=м.

Енді мысал үшін газда болатын кейбір процесстерді сипаттайтын теңдеулерді осы (1) немесе (2) теңдеулерден шығарып көрейік.

1. Изобаралық процесс газ қысымы тұрақты болған жағдайда жүреді:

P=Const, онда (2) теңдіктен осы процесстің теңдеуін аламыз:

2. Изохоралық процесс газ көлемі тұрақты болған жағдайда жүреді.

V= Const, онда (2) теңдіктен оның теңдеуін аламыз:

Р/T= Const . Мұны Шарль заңы деп атайды.

3. Изотермалық процесс газ температурасы тұрақты болған жағдайда жүреді:

T= Const, онда (2) теңдіктен оның теңдеуін аламыз:

Р/V= Const. Мұны Бойль –Мариотт заңы деп атайды.

Дәл осы тәрізді басқа да кез-келген политроптық процесстердің де теңдеулерін осы (2) теңдікпен термодинамиканың 1 – бастамасына сүйеніп табу қиын емес. Идеал газда болатын басқа да түрлі құбылыстардың сипаттамаларын түсіндіргенде күй теңдеулерінің ролі өте үлкен.

Ал, табиғатта бар реал жүйелердің қасиеттерін зерттеуде де олардың күй теңдеулерін тауып, оларды пайдаланудың ролі аса зор екенін айрықша айтқан жөн. Ол теңдеулерді алудың жолы тек статистикалық микроскоптық теорияда жатыр. Бірақ оларды табу статистикалық физикада да өте күрделі мәселе. Оның ең басты қиындығы дене молекулаларының арасындағы әсерлесудің аналитикалық түрін табудың күрделілігінде жатыр. Осы уақытқа дейін реал денелердің күй теңдеулерінің аналитикалық түрі әлі жазылған емес. Бірақ бұл физиканың актуальді мәселесінің бірі. Әр зат үшін, көптеген жағдайда, күй теңдеулерін таблица түрінде қолданып келеді. Ол теңдеулерді физикада, техникада, химияда, астрономияда, энергетикада, т.б. да кеңінен қолданады.

Ал, күй теңдеуі молекулалардың арасындағы әсерлесу потенциалымен тығыз байланысты. Сондықтан молекулалардың әр сорты өз күй теңдеуін береді. Молекулалары әсерлесетін газдар мен сұйықтар үшін универсал теңдеу жоқ.