Text Size
Пятница 18 октября 2019

 

 В предыдущем разделе эксперименты показали эффекты, при которых изменения температуры сказывались на газах. В данном разделе приводится коэффициент, который позволяет вычислить изменения давления или объема.

Коэффициент позволяет вычислить температуру, существенную при использовании закона Гей-Люсака. Коэффициент - числовое отношение, которое позволяет измерение некоторого эффекта. В этом случае, отношение - 1/273, а рассчитываемый эффект - давление.
Гей-Люсак выполнил ряд экспериментов, исследующих изменение давления внутри закрытых сосудов. Результаты экспериментов можно пояснить, используя следующие примеры:

I. Если начальное давление - 10 бар и температура уменьшена на 1oC, снижение давления может быть рассчитано как:
10 - (1/273 • 10) • 1 = 10 – О,ОЗ66 • 10 = 9,996 бар.
II. При уменьшении на 100oC, давление будет снижено до:
10 - (1/273 • 10) • 100 = 10 – 0,0366 • 100 = 6,34 бар.
III. При снижении температуры на 273oC, давление уменьшиться до:
10 - (1/273 • 10) • 273 = 10 – 0,0366 • 273 = 0 бар.
То есть при температуре — 273oC, давление газа снижается до Нуля.
Температура — 273oC представляет реальный ноль термометрической шкалы. Температура, начиная с этого значения, называется абсолютной температурой и обозначается заглавной буквой T. Перевод значения температуры T в градусах Кельвина (oК) в температуру t в градусах Цельсия (oС), производиться следующим образом:
T = t + 273

Примеры: t = 20oC, T = 20+273=293oK
t = 0oC, T = 0+273=273oK
t = -20oC, T = -20+273=253oK

Закон Гей-Люсака можно продемонстрировать, используя эксперименты, показанные в предыдущем разделе. Однако, можно лучше понять эти отношения через аспекты закона Бойля, показанного на рис. 1 в изображении.

 

 

 Резервуар объемом V составлен из двух цилиндров с различными диаметрами. Поршень незначительного веса отделяет абсолютное давление внутри сосуда от атмосферного давления. Манометр покажет значение нуля, так как нет никакого различия в давлении. Комнатной температурой воздуха является T=293oK, которой соответствует 20oC.

Если температура T постоянна (Закон Бойля), то будут наблюдаться следующие эффекты:

 Рис. 1а в изображении

 Если поршень выдвигается, объем внутри сосуда увеличивается. Давление в сосуде уменьшается и падает ниже нуля на шкале. Это происходит потому, что давление внутри сосуда \/2 меньше, чем атмосферное давление.

 Рис. 1b в изображении

Если поршень втягивается внутрь, объем в сосуде уменьшается. Манометр показывает увеличение давления, потому что давление внутри сосуда выше, чем атмосферное давление.
В обоих случаях, движение поршня изменяет объем сосуда, с соответствующим изменением давления согласно следующей обратной пропорции:

V1 : V2 = P2 : P1 Закон Бойля 

 

 

 Рис. 2 в изображении

 В этом эксперименте температура изменяется, но положение поршня не меняется внешними средствами. Температура в комнате увеличивается на 20oC до значения T=313oK.

Воздух внутри сосуда увеличивается в объеме, выдвигая поршень до тех пор, пока разница давлений не возвратится к нулю.

 Рис. 3 в изображении

 Если температура воздуха понижается, объем, занимаемый молекулами воздуха, уменьшается. Это сокращение втягивает поршень внутрь до тех пор, пока не будет достигнуто равновесия давлений. (Как обозначено нулевым показанием на манометре).

На рисунках 2 и 3 позиция поршня изменяется до тех пор, пока значение давления, показанное манометром, не станет нулевым.

Можно теперь проанализировать переменные эксперимента, абсолютную температуру T и объемы сосуда.
По закону Гей-Люсака, объем и температура прямо пропорциональны:
V1 : V2 =Т1 : Т2 ; при постоянном давлении.
На этом основании, если V2 вдвое больше V1, то и T2 – вдвое превышает T1.
Тот же самый закон может использоваться для давления, когда объем сосуда остается постоянным,
P1 : P2 = T1 : T2 ; при постоянном объеме.

Используя закон Гей-Люсака, можно решить следующие задачи:

  1. Газ занимает объем 0,5 м3 при температуре 283°К. Какой объем будет при температуре 323°K, если давление остается постоянным?
    V1 = 0,5 м3 Т1 = 283°K V2 = ? Т2 = 323°К V1 : V2 =Т1 : Т2
    Подставляя известные значения величин:
    0,5 : V2 = 283 : 323
    V2 = (0,5 • 323)/283 = 0,57 м3
  2. В цилиндре находится газ при температуре 283°K и давлении 2 бара. Цилиндр нагревается прямыми солнечными лучами, температура газа повышается до 50°C. Каким станет давление в цилиндре?
    P1 = 2 бара Т1 = 283°K
    Р2 = ? Т2 = Т1 + 50°С = 283 + 50 = 333°К
    P1 : P2 = T1 : T2
    Подставляя известные значения величин:
    2 : P2 = 283 : 333
    Р2 = (2 • 333)/283 = 2,35 бар

 

Программист

Учебник