Нормальные условия в физике и их важность для описания газовых систем

Когда в физике изучают тот или иной закон или когда рассматривают свойства тела или системы, то всегда говорят об условиях, в которых этот закон выполняется, а свойства проявляются. В данной статье рассмотрим подробнее вопрос, что значит нормальные условия в физике.

Температура и давление

Абсолютная температура, описывающая кинетическую энергию составляющих систему частиц, и давление, отражающее силовое воздействие тел друг на друга, являются двумя основными физическими величинами, которые в большинстве случаев определяют свойства тел.

Действительно, например, расширение металлических предметов определяется их температурой, кипение воды и ее замерзание также зависит от этой физической величины. В общем случае можно сказать, что кинетическая энергия частиц системы определяет интенсивность протекания любых физических процессов. В физике температуру принято использовать в единицах абсолютной шкалы, то есть в кельвинах. С привычными градусами Цельсия кельвины связаны так:

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

Давление - еще одна важная величина, от которой уже зависят такие свойства, как температура кипения и точка выпадения росы, расстояние между частицами в газах и возможность использования идеальной модели для их описания. Давление выражается в паскалях в системе СИ. Напомним, что на уровне моря давление на нашей планете составляет 101325 паскалей.

Нормальные условия в физике

Теперь вернемся к теме статьи. Если отвечать кратко на вопрос, что такое нормальные условия в физике, то следует привести всего две цифры - это температура 273,15 кельвина и давление 10⁵ паскалей. Разберемся, чем же так важны эти значения, что их совокупность образует целый физический термин.

Если посмотреть на записанную в предыдущем пункте формулу, то можно понять, что температура 273,15 К равна 0 ^oC. Прежде всего эта температура важна человеку потому, что при ней чистая вода замерзает, а лед плавится. То есть она является точкой равновесия процессов кристаллизация-плавление самой важной для нашей жизни жидкости.

Давление 10⁵, или 100 тысяч паскалей - это значение выбрано в качестве нормальных условий в физике, потому что оно близко к одной атмосфере, и его, как круглое число, удобно использовать в расчетах.

Иногда можно увидеть в задачах термин "стандартные условия". Это означает, что следует взять давление не 10⁵, а точнее - 101325. Температура при стандартных условиях остается той же, что при нормальных (в некоторых случаях ее по ошибке выбирают равной 298 К).

Важность нормальных условий для газов

Использование понятия нормальных условий в физике для газов является ключевым в выборе модели для описания систем, находящихся в указанном агрегатном состоянии. Дело в том, что газы, имеющие температуру выше 0 ^oC, и давление меньше одной атмосферы, можно описывать на основе идеальной модели молекулярно-кинетической теории. Основным результатом этой модели является уравнение состояния идеального газа, которое известно, как закон Клапейрона-Менделеева.

Если же температура газа намного ниже указанного значения, а давление в нем намного выше одной атмосферы, то следует описывать такую систему с помощью модели реальных газов и применять уравнение Ван-дер-Ваальса.

Таким образом, нормальные условия в физике газов являются ориентировочной границей использования физических моделей описания термодинамических систем.