Text Size
Пятница 18 октября 2019

 

 Все тела, независимо от их состояния (твердого, жидкого, газообразного), будут изменяться в объеме всякий раз, когда они подвергаются изменению температуры.

Такое явление обладает различными характеристиками в случае газов, поскольку они не имеют ни объема, ни собственной формы, а принимают форму закрытых сосудов, содержащих их. Сосуды различных размеров могут быть «заполнены» равным количеством газа, то есть одного и того же количества молекул. Это происходит благодаря свойству газа, занимать все доступное пространство.
Из Закона Бойля известно, что, при заданной температуре, имеются установленные соотношения между объемом сосуда и количеством молекул газа, содержащихся в нем, то есть между объемом и давлением газа. Поэтому, изменение температуры воздействует как на объем, так и на давление.
Проводя два отдельных эксперимента, можно исследовать отношения и определять поведение заданного количества газа, подвергнутого нагреванию и затем охлаждению.

Эксперимент 1
Нагревание при постоянном давлении

 Рис.1 изображения

 

 

 то есть где газ свободно расширяется).

Установите плотно без зазора пробку на сосуд, содержащий воздух. Пробка должна быть оснащена прозрачной трубкой.
Поместите свободный конец трубки ниже поверхности воды в маленьком открытом сосуде.
При нормальных температурных условиях, давление воздуха в сосуде равно атмосферному давлению, действующему на поверхность воды в резервуаре.
Поэтому воздух не будет выходить из трубки, и при этом вода не будет подниматься в нее.
Поскольку тепло от пламени свечи нагревает сосуд, воздух расширяется и улетучивается из трубки в виде пузырьков, которые рассеиваются в атмосфере при достижении поверхности воды.
Это явление видно невооруженным глазом, и выглядит как выход пузырьков из трубки и перемещается к водной поверхности.
Удаляя источник высокой температуры, явно наблюдается противоположное явление.
Поскольку температура падает, происходит небольшое сокращение объема воздуха внутри сосуда.
Это заметно по количеству воды, уровень которой повышается в маленькой трубке.
Вода занимает пространство, которое образовалось после выхода молекул газа в атмосферу на стадии нагревания.

Эксперимент 2
Нагревание при постоянном объеме

 Рис.2 изображения

 

 

 (то есть газ вынужден сохранять неизменным свой объем): Если сосуд, заполнен воздухом при давлении 2 бара, соединен с манометром, при нормальных температурных условиях, то прибор покажет значение давления 1 бар. Это соответствует разнице между абсолютным давлением 2 бара внутри сосуда и атмосферным давлением 1 бар. При нагревании, воздух стремиться расшириться, но, поскольку сосуд закрыт, его объем должен остаться постоянным. Манометр сразу покажет увеличение давления. Если воздух начинает остывать, давление будет падать и возвращаться к начальному значению, потому что не было потерь молекул воздуха внутри сосуда.

Заключение
В обоих экспериментах, увеличение температуры всегда влияет на объем всей массы газа.
Имеются два возможных результата:

  1. Если газ имеет возможность расшириться, (то есть заполнить большее пространство), давление не будет увеличиваться.
  2. Если газ не имеет возможности расшириться, его давление будет возрастать.

Проведенные эксперименты позволяют предсказать эффекты нагревания газа в параметрах объема и давления.
Эти вычисления дают возможность использовать коэффициенты, общие для всех газов, и простую формулу, описанную в следующих главах.

 

Программист

Учебник