Проверка закона изотермического процесса Бойля ‑ Мариотта

4. Проверка закона изотермического процесса Бойля ‑ Мариотта

Компьютерный эксперимент.

Цель работы:экспериментальным путем проверить верность закона Бойля – Мариотта (доказать постоянную PV).

Краткая теория

Для реальных и идеальных газов, уравнение состояния можно описать тремя параметрами P, V, T и получить уравнение состояния идеального газа:

. (1.1)

Это соотношение может принять такой вид (с учетом для одного моля любого газа):

В 1834 году, физиком Бенуа Поль Эмиль Клапейрон, было открыто уравнение устанавливающее зависимость между давлением, объемом и температурой газа. Это уравнение имеет вид:

pV = (ν₁ + ν₂ + ν₃ + ...)×RT.

В форме (1.1) оно было впервые записано Дмитрием Ивановичем Менделеевым. Поэтому уравнение состояния газа называется уравнением Клапейрона – Менделеева.

Объединенный газовый закон для любой постоянной массы газа (а значит, и для одного моля газа) имеет вид:

или

Необходимо выделить, что задолго до того, как уравнение состояния идеального газа было теоретически получено на основе молекулярно-кинетической модели, закономерности поведения газов в различных условиях были хорошо исследованы опытным путем. Поэтому уравнение можно рассматривать как обобщение опытных фактов, которые находят объяснение в молекулярно-кинетической теории.

Газ может участвовать в различных тепловых процессах, при которых могут изменяться все параметры, описывающие его состояние (P, V и T). Процессы могут быть изображены на диаграмме состояний (например, в координатах P, V) в виде некоторой траектории, каждая точка которой представляет равновесное состояние.

Интерес представляют процессы, в которых один из параметров (P, V или T) остается неизменным. Такие процессы называются изопроцессами.

Для пояснения приведем пример.

Возьмем цилиндрический сосуд с плотно притертым поршнем. Если, перемещая поршень, изменять объем газа в сосуде то, температура газа тоже будет изменяться, однако если охлаждая сосуд при сжатии газа или нагревая при расширении можно достичь того, что температура будет постоянной при изменениях объема и давления, такой процесс называется изотермическим (Т = const).

Предоставим газу возможность расширяться и производить при этом работу против сил внешнего давления. Это можно осуществить следующим образом. Пусть в большой бутыли находится сжатый воздух, имеющий комнатную температуру. Сообщим бутыль с внешним воздухом, дадим воздуху в бутыли возможность расширяться, выходя из небольшого отверстия наружу, и поместим в струе расширяющегося воздуха термометр. Термометр покажет температуру, заметно более низкую, чем комнатная, а что будет указывать на понижение температуры воздуха в струе.

Следовательно, сжатие газа внешней силой вызывает его нагревание, а расширение газа сопровождается его охлаждением.

Из уравнения PV=νRT состояния идеального газа следует, что при постоянной температуре T и неизменном количестве вещества ν в сосуде произведение давления P газа на его объем V должно оставаться постоянным:

12 Следующая ⇒