Ideaalse gaasi seadus.
Eksperimentaalne:
Gaasi peamised parameetrid on temperatuur, rõhk ja maht. Gaasi maht sõltub põhiliselt gaasi rõhust ja temperatuurist. Seetõttu on vaja leida seos gaasi mahu, rõhu ja temperatuuri vahel. Seda suhet nimetatakse olekuvõrrand.
Katseliselt leiti, et antud gaasikoguse korral on hea ligikaudne seos täidetud: konstantsel temperatuuril on gaasi maht pöördvõrdeline sellele avaldatava rõhuga (joonis 1):
V~1/P , at T = konst.
Näiteks kui gaasile mõjuv rõhk kahekordistub, siis maht väheneb pooleni algsest. Seda suhet tuntakse kui Boyle'i seadus (1627-1691) - Mariotte (1620-1684), võib selle kirjutada ka nii:
See tähendab, et kui üks kogustest muutub, muutub ka teine ja seda nii, et nende korrutis jääb konstantseks.
Mahu sõltuvuse temperatuurist (joonis 2) avastas J. Gay-Lussac. Ta avastas selle Konstantsel rõhul on antud koguse gaasi maht otseselt võrdeline temperatuuriga:
V~T, kui P = konst.
Selle sõltuvuse graafik läbib koordinaatide alguspunkti ja vastavalt sellele 0K juures muutub selle ruumala võrdseks nulliga, millel pole ilmselgelt füüsilist tähendust. See on viinud oletuseni, et -273 0 C on madalaim temperatuur, mida on võimalik saavutada.
Kolmas gaasiseadus, tuntud kui Charles Law, nime saanud Jacques Charlesi (1746-1823) järgi. See seadus ütleb: konstantse mahu korral on gaasirõhk otseselt võrdeline absoluutse temperatuuriga (joonis 3):
Р ~T, at V=konst.
Tuntud näide sellest seadusest on aerosoolpurk, mis plahvatab tulekahjus. Selle põhjuseks on temperatuuri järsk tõus konstantsel mahul.
Need kolm seadust on eksperimentaalsed ja kehtivad reaalsetes gaasides hästi ainult seni, kuni rõhk ja tihedus ei ole väga kõrged ning temperatuur ei ole liiga lähedane gaasi kondenseerumistemperatuurile, mistõttu sõna "seadus" ei sobi eriti need gaaside omadused, kuid see on muutunud üldtunnustatud.
Boyle-Mariotte'i, Charlesi ja Gay-Lussaci gaasiseadused saab ühendada üheks üldisemaks suhteks ruumala, rõhu ja temperatuuri vahel, mis kehtib teatud gaasikoguse kohta:
See näitab, et kui üks väärtustest P, V või T muutub, muutuvad ka ülejäänud kaks väärtust. See avaldis läheb nendesse kolme seadusesse, kui üks väärtus võetakse konstantseks.
Nüüd peaksime arvestama veel ühe kogusega, mida seni oleme pidanud konstantseks – selle gaasi koguse. Eksperimentaalselt on kinnitatud, et: konstantsel temperatuuril ja rõhul suureneb gaasi suletud ruumala otseses proportsioonis selle gaasi massiga:
See sõltuvus ühendab kõik gaasi peamised kogused. Kui sellesse proportsionaalsusse sisse tuua proportsionaalsuskoefitsient, siis saame võrdsuse. Eksperimendid näitavad aga, et see koefitsient on erinevates gaasides erinev, seetõttu võetakse massi m asemel kasutusele aine kogus n (moolide arv).
Selle tulemusena saame:
Kus n on moolide arv ja R on proportsionaalsustegur. Väärtust R nimetatakse universaalne gaasikonstant. Seni on selle väärtuse kõige täpsem väärtus:
R = 8,31441 ± 0,00026 J/mol
Võrdsust (1) nimetatakse ideaalgaasi olekuvõrrand või ideaalgaasi seadus.
Avogadro number; Ideaalse gaasi seadus molekulaarsel tasemel:
See, et konstandil R on kõigi gaaside puhul sama väärtus, peegeldab suurepäraselt looduse lihtsust. Seda mõistis esmakordselt, kuigi veidi erineval kujul, itaallane Amedeo Avogadro (1776-1856). Ta tegi selle eksperimentaalselt kindlaks võrdsed kogused gaasi samal rõhul ja temperatuuril sisaldavad sama palju molekule. Esiteks: võrrandist (1) on näha, et kui erinevad gaasid sisaldavad võrdse arvu mooli, neil on sama rõhk ja temperatuur, siis konstantse R tingimustes hõivavad need võrdsed mahud. Teiseks: molekulide arv ühes moolis on kõigi gaaside puhul sama, mis tuleneb otseselt mooli definitsioonist. Seetõttu võime väita, et R väärtus on kõigi gaaside puhul konstantne.
Molekulide arvu ühes moolis nimetatakse Avogadro numberN A. Nüüdseks on kindlaks tehtud, et Avogadro number on:
N A \u003d (6,022045 ± 0,000031) 10 -23 mol -1
Kuna gaasi molekulide koguarv N on võrdne molekulide arvuga ühes moolis korda moolide arvuga (N = nN A), saab ideaalse gaasi seaduse ümber kirjutada järgmiselt:
Kus kutsutakse k Boltzmanni konstant ja selle väärtus on võrdne:
k \u003d R / N A \u003d (1,380662 ± 0,000044) 10 -23 J / K
Kompressoritehnoloogia kataloog
Sissejuhatus
Ideaalse gaasi olekut kirjeldavad täielikult mõõdetud suurused: rõhk, temperatuur, maht. Nende kolme suuruse suhe määratakse gaasi põhiseadusega:
Eesmärk
Boyle-Mariotte'i seaduse kontrollimine.
Ülesanded, mis tuleb lahendada
Õhurõhu mõõtmine süstlas ruumala muutmise ajal, arvestades, et gaasi temperatuur on konstantne.
Eksperimentaalne seadistus
Instrumendid ja tarvikud
rõhumõõdik
Käsitsi vaakumpump
Selles katses kinnitatakse Boyle-Mariotte'i seadust, kasutades joonisel 1 näidatud seadistust. Õhu maht süstlas määratakse järgmiselt:
kus p 0 on atmosfäärirõhk ja p on manomeetriga mõõdetud rõhk.
Töökäsk
Seadke süstla kolb 50 ml märgini.
Suruge käsivaakumpumba ühendusvooliku vaba ots tihedalt süstla väljalaskeava külge.
Kolvi pikendades suurendage mahtu 5 ml sammuga, registreerige manomeetri näidud mustale skaalale.
Kolvi all oleva rõhu määramiseks on vaja atmosfäärirõhust lahutada monomeetri näidud, mis on väljendatud paskalites. Atmosfäärirõhk on ligikaudu 1 bar, mis vastab 100 000 Pa-le.
Mõõtmistulemuste töötlemiseks tuleb arvestada õhu olemasolu ühendusvoolikus. Selleks tuleb mõõta ühendusvooliku maht, mõõtes mõõdulindiga vooliku pikkust ja nihikuga vooliku läbimõõtu, arvestades, et seina paksus on 1,5 mm.
Joonistage mõõdetud õhuhulk ja rõhk.
Arvutage Boyle'i-Mariotte'i seaduse ja graafiku abil ruumala sõltuvus rõhust konstantsel temperatuuril.
Võrrelge teoreetilisi ja eksperimentaalseid sõltuvusi.
Sissejuhatus
Mõelge gaasi rõhu sõltuvusele temperatuurist teatud gaasi massi konstantse mahu tingimustes. Need uuringud tegi esmakordselt 1787. aastal Jacques Alexandre Cesar Charles (1746–1823). Gaasi kuumutati suures kolvis, mis oli ühendatud kitsa kõvera toru kujul elavhõbedamanomeetriga. Jättes tähelepanuta kolvi mahu tühise suurenemise kuumutamisel ja väikese mahu muutuse elavhõbeda nihutamisel kitsas manomeetrilises torus. Seega võib gaasi mahtu pidada muutumatuks. Kuumutades vett kolbi ümbritsevas anumas, mõõdeti termomeetri abil gaasi temperatuuri T, ja vastav rõhk R- manomeetriga. Täites anuma sulava jääga, määrati rõhk R umbes ja vastav temperatuur T umbes. Leiti, et kui 0 C juures rõhk R umbes , siis 1 C võrra kuumutamisel on rõhukasv sisse R umbes. väärtus on kõigi gaaside puhul sama väärtusega (täpsemalt peaaegu sama), nimelt 1/273 C -1. väärtust nimetatakse rõhu temperatuuriteguriks.
Charlesi seadus lubab arvutada gaasi rõhku igal temperatuuril, kui on teada selle rõhk temperatuuril 0 C. Olgu antud gaasi massi rõhk 0 C juures antud ruumalas lk o, ja sama gaasi rõhk temperatuuril tlk. Temperatuur muutub kuni t, ja rõhk muutub R umbes t, siis rõhk R võrdub:
Väga madalatel temperatuuridel, kui gaas läheneb veeldumisolekule, ja ka kõrgelt kokkusurutud gaaside puhul, Charlesi seadus ei kehti. Charlesi seaduses ja Gay-Lussaci seaduses sisalduvate koefitsientide ja kokkulangemine ei ole juhuslik. Kuna gaasid järgivad konstantsel temperatuuril Boyle-Mariotte'i seadust, peavad ja olema üksteisega võrdsed.
Asendame rõhu temperatuurisõltuvuse valemis rõhu temperatuuriteguri väärtuse:
|
|
Väärtus ( 273+ t) võib pidada uuel temperatuuriskaalal mõõdetud temperatuuriväärtuseks, mille ühik on sama mis Celsiuse skaalal ja punkt, mis asub 273 allpool Celsiuse skaala nulliks võetavat punkti ehk sulamist. jääpunkt. Selle uue skaala nulli nimetatakse absoluutseks nulliks. Seda uut skaalat nimetatakse termodünaamiliseks temperatuuriskaalaks, kus T t+273 .
Siis, konstantsel helitugevusel, kehtib Charlesi seadus:
|
|
Eesmärk
Charlesi seaduse kontrollimine
Ülesanded, mis tuleb lahendada
Gaasi rõhu sõltuvuse määramine temperatuurist konstantse ruumala korral
Absoluutse temperatuuriskaala määramine ekstrapoleerimise teel madalatele temperatuuridele
Ohutus
Tähelepanu: töös on kasutatud klaasi.
Olge gaasitermomeetriga töötades äärmiselt ettevaatlik; klaaspurk ja mõõtetops.
Olge kuuma veega töötades eriti ettevaatlik.
Eksperimentaalne seadistus
Instrumendid ja tarvikud
gaasi termomeeter
Mobiilne CASSY Lab
Termopaar
Elektriline pliidiplaat
klaasist mõõtetops
klaasist anum
Käsitsi vaakumpump
Käsipumba abil toatemperatuuril õhu väljapumpamisel tekib õhusambale rõhk р0 + р, kus R 0 - välisrõhk. Elavhõbeda tilk avaldab survet ka õhusambale:
Selles katses kinnitatakse seda seadust gaasitermomeetri abil. Termomeeter asetatakse vette, mille temperatuur on umbes 90 °C, ja seda süsteemi järk-järgult jahutatakse. Gaastermomeetrit käsivaakumpumbaga tühjendades hoitakse jahutamisel konstantset õhuhulka.
|
|
Töökäsk
Avage gaasitermomeetri kork, ühendage termomeetriga käsivaakumpump.
Keerake termomeeter ettevaatlikult, nagu on näidatud joonisel fig. 2 ja eemaldage sellest õhk pumba abil nii, et elavhõbedatilk oleks punktis a) (vt joonis 2).
Pärast elavhõbedatilga kogunemist punktis a) keerake termomeeter auguga üles ja vabastage sundõhk käepidemega b) pumbale (vt joonis 2) ettevaatlikult, et elavhõbe ei eralduks mitmeks tilgaks.
Kuumuta vesi klaasnõus pliidiplaadil 90°C-ni.
Valage klaasnõusse kuum vesi.
Asetage anumasse gaasitermomeeter, kinnitades selle statiivile.
Asetage termopaar vette, see süsteem jahtub järk-järgult. Eemaldades õhu käeshoitava vaakumpumba abil gaasitermomeetrist, säilitage kogu jahutusprotsessi vältel konstantne õhusamba maht.
Registreerige manomeetri näit R ja temperatuur T.
Joonistage kogu gaasirõhu sõltuvus lk 0 +lk+lk Hg temperatuurist umbes C.
Jätkake graafikut, kuni see lõikub x-teljega. Määrake ristmiku temperatuur, selgitage tulemusi.
Määrake kalde puutuja järgi rõhu temperatuuritegur.
Arvutage Charlesi seaduse järgi rõhu sõltuvus temperatuurist konstantsel ruumalal ja joonistage see graafik. Võrrelge teoreetilisi ja eksperimentaalseid sõltuvusi.
MÄÄRATLUS
Nimetatakse protsesse, mille käigus üks gaasi oleku parameetritest jääb konstantseks isoprotsessid.
MÄÄRATLUS
Gaasiseadused Need on seadused, mis kirjeldavad ideaalgaasi isoprotsesse.
Gaasiseadused avastati eksperimentaalselt, kuid neid kõiki saab tuletada Mendelejevi-Clapeyroni võrrandist.
Vaatleme igaüks neist.
Isotermiline protsess Nimetatakse gaasi oleku muutumist nii, et selle temperatuur jääb konstantseks.
Konstantsel temperatuuril püsiva gaasi massi korral on gaasi rõhu ja mahu korrutis konstantne väärtus:
Sama seaduse saab ümber kirjutada teisel kujul (ideaalse gaasi kahe oleku jaoks):
See seadus tuleneb Mendelejevi-Clapeyroni võrrandist:
Ilmselgelt jääb konstantse gaasi massi ja konstantse temperatuuri juures võrrandi parem pool konstantseks.
Nimetatakse gaasiparameetrite sõltuvuse graafikuid konstantsel temperatuuril isotermid.
Tähistades konstanti tähega, paneme kirja rõhu funktsionaalse sõltuvuse mahust isotermilises protsessis:
On näha, et gaasi rõhk on pöördvõrdeline selle ruumalaga. Pöördvõrdeline graafik ja sellest tulenevalt isotermi graafik koordinaatides on hüperbool(Joon. 1, a). Joonisel 1 b) ja c) on näidatud isotermid koordinaatides ja vastavalt.
Joonis 1. Isotermiliste protsesside graafikud erinevates koordinaatides
isobaarne protsess Nimetatakse gaasi oleku muutumist nii, et selle rõhk jääb konstantseks.
Konstantse rõhuga gaasi massi korral on gaasi mahu ja temperatuuri suhe konstantne väärtus:
See seadus tuleneb ka Mendelejevi-Clapeyroni võrrandist:
isobaarid.
Mõelge kahele isobaarilisele protsessile rõhuga ja title="(!LANG:Rendered by QuickLaTeX.com" height="18" width="95" style="vertical-align: -4px;">. В координатах и изобары будут иметь вид прямых линий, перпендикулярных оси (рис.2 а,б).!}
Defineerime graafiku kuju koordinaatides Tähistades konstanti tähega , kirjutame üles ruumala funktsionaalse sõltuvuse temperatuurist isobaarse protsessi käigus:
On näha, et konstantsel rõhul on gaasi maht otseselt võrdeline selle temperatuuriga. Otsese proportsionaalsuse graafik ja sellest tulenevalt isobaari graafik koordinaatides on alguspunkti läbiv sirgjoon(Joon. 2, c). Tegelikkuses muutuvad piisavalt madalal temperatuuril kõik gaasid vedelikeks, millele gaasiseadused enam ei kehti. Seetõttu on lähtekoha lähedal joonisel 2, c) näidatud isobaarid punktiirjoontega.
Joonis 2. Isobaarsete protsesside graafikud erinevates koordinaatides
Isokooriline protsess Nimetatakse gaasi oleku muutumist nii, et selle maht jääb konstantseks.
Konstantse mahuga gaasi konstantse massi korral on gaasi rõhu ja temperatuuri suhe konstantne väärtus:
Gaasi kahe oleku korral saab selle seaduse kirjutada järgmiselt:
Selle seaduse saab ka Mendelejevi-Clapeyroni võrrandist:
Nimetatakse konstantsel rõhul gaasiparameetrite sõltuvuse graafikuid isohoorid.
Mõelge kahele isohoorilisele protsessile koos mahtude ja title="(!LANG:Rendered by QuickLaTeX.com" height="18" width="98" style="vertical-align: -4px;">. В координатах и графиками изохор будут прямые, перпендикулярные оси (рис.3 а, б).!}
Isohoorilise protsessi graafiku tüübi määramiseks koordinaatides tähistame Charlesi seaduses konstanti tähega , saame:
Seega on rõhu funktsionaalne sõltuvus temperatuurist konstantse mahu juures otsene proportsionaalsus, sellise sõltuvuse graafik on alguspunkti läbiv sirgjoon (joonis 3, c).
Joonis 3. Isohooriliste protsesside graafikud erinevates koordinaatides
NÄIDE 1
| Ülesanne | Millise temperatuurini tuleb teatud mass algtemperatuuriga gaasi isobaariliselt jahutada, et gaasi maht väheneks veerandi võrra? |
| Lahendus | Isobaarset protsessi kirjeldab Gay-Lussaci seadus: Vastavalt probleemi olukorrale väheneb isobaarjahutuse tõttu gaasi maht veerandi võrra, mistõttu: kust gaasi lõpptemperatuur: Teisendame ühikud SI-süsteemi: gaasi algtemperatuur. Arvutame:
|
| Vastus | Gaas tuleb jahutada temperatuurini |
NÄIDE 2
| Ülesanne | Suletud anum sisaldab gaasi rõhuga 200 kPa. Kui suur on gaasi rõhk, kui temperatuuri tõsta 30%? |
| Lahendus | Kuna gaasimahuti on suletud, siis gaasi maht ei muutu. Isohoorilist protsessi kirjeldab Charlesi seadus: Vastavalt probleemi olukorrale tõusis gaasi temperatuur 30%, nii et võime kirjutada: Asendades viimase seose Charlesi seadusega, saame: Teisendame ühikud SI-süsteemi: algne gaasirõhk kPa \u003d Pa. Arvutame: |
| Vastus | Gaasi rõhk võrdub 260 kPa-ga. |
NÄIDE 3
| Ülesanne | Hapnikusüsteem, millega lennuk on varustatud, on olemas  hapnikku rõhul Pa. Maksimaalsel tõstekõrgusel ühendab piloot selle süsteemi tühja silindriga kraana abil kraana abil. Milline surve selles kehtestatakse? Gaasi paisumise protsess toimub konstantsel temperatuuril. |
| Lahendus | Isotermilist protsessi kirjeldab Boyle-Mariotte seadus: |
Sissejuhatus
Ideaalse gaasi olekut kirjeldavad täielikult mõõdetud suurused: rõhk, temperatuur, maht. Nende kolme suuruse suhe määratakse gaasi põhiseadusega:
Eesmärk
Boyle-Mariotte'i seaduse kontrollimine.
Ülesanded, mis tuleb lahendada
Õhurõhu mõõtmine süstlas ruumala muutmise ajal, arvestades, et gaasi temperatuur on konstantne.
Eksperimentaalne seadistus
Instrumendid ja tarvikud
rõhumõõdik
Käsitsi vaakumpump
Selles katses kinnitatakse Boyle-Mariotte'i seadust, kasutades joonisel 1 näidatud seadistust. Õhu maht süstlas määratakse järgmiselt:
kus p 0 on atmosfäärirõhk ja p on manomeetriga mõõdetud rõhk.
Töökäsk
Seadke süstla kolb 50 ml märgini.
Suruge käsivaakumpumba ühendusvooliku vaba ots tihedalt süstla väljalaskeava külge.
Kolvi pikendades suurendage mahtu 5 ml sammuga, registreerige manomeetri näidud mustale skaalale.
Kolvi all oleva rõhu määramiseks on vaja atmosfäärirõhust lahutada monomeetri näidud, mis on väljendatud paskalites. Atmosfäärirõhk on ligikaudu 1 bar, mis vastab 100 000 Pa-le.
Mõõtmistulemuste töötlemiseks tuleb arvestada õhu olemasolu ühendusvoolikus. Selleks tuleb mõõta ühendusvooliku maht, mõõtes mõõdulindiga vooliku pikkust ja nihikuga vooliku läbimõõtu, arvestades, et seina paksus on 1,5 mm.
Joonistage mõõdetud õhuhulk ja rõhk.
Arvutage Boyle'i-Mariotte'i seaduse ja graafiku abil ruumala sõltuvus rõhust konstantsel temperatuuril.
Võrrelge teoreetilisi ja eksperimentaalseid sõltuvusi.
Sissejuhatus
Mõelge gaasi rõhu sõltuvusele temperatuurist teatud gaasi massi konstantse mahu tingimustes. Need uuringud tegi esmakordselt 1787. aastal Jacques Alexandre Cesar Charles (1746–1823). Gaasi kuumutati suures kolvis, mis oli ühendatud kitsa kõvera toru kujul elavhõbedamanomeetriga. Jättes tähelepanuta kolvi mahu tühise suurenemise kuumutamisel ja väikese mahu muutuse elavhõbeda nihutamisel kitsas manomeetrilises torus. Seega võib gaasi mahtu pidada muutumatuks. Kuumutades vett kolbi ümbritsevas anumas, mõõdeti termomeetri abil gaasi temperatuuri T, ja vastav rõhk R- manomeetriga. Täites anuma sulava jääga, määrati rõhk R umbes ja vastav temperatuur T umbes. Leiti, et kui 0 C juures rõhk R umbes , siis 1 C võrra kuumutamisel on rõhukasv sisse R umbes. väärtus on kõigi gaaside puhul sama väärtusega (täpsemalt peaaegu sama), nimelt 1/273 C -1. väärtust nimetatakse rõhu temperatuuriteguriks.
Charlesi seadus lubab arvutada gaasi rõhku igal temperatuuril, kui on teada selle rõhk temperatuuril 0 C. Olgu antud gaasi massi rõhk 0 C juures antud ruumalas lk o, ja sama gaasi rõhk temperatuuril tlk. Temperatuur muutub kuni t, ja rõhk muutub R umbes t, siis rõhk R võrdub:
Väga madalatel temperatuuridel, kui gaas läheneb veeldumisolekule, ja ka kõrgelt kokkusurutud gaaside puhul, Charlesi seadus ei kehti. Charlesi seaduses ja Gay-Lussaci seaduses sisalduvate koefitsientide ja kokkulangemine ei ole juhuslik. Kuna gaasid järgivad konstantsel temperatuuril Boyle-Mariotte'i seadust, peavad ja olema üksteisega võrdsed.
Asendame rõhu temperatuurisõltuvuse valemis rõhu temperatuuriteguri väärtuse:
|
|
Väärtus ( 273+ t) võib pidada uuel temperatuuriskaalal mõõdetud temperatuuriväärtuseks, mille ühik on sama mis Celsiuse skaalal ja punkt, mis asub 273 allpool Celsiuse skaala nulliks võetavat punkti ehk sulamist. jääpunkt. Selle uue skaala nulli nimetatakse absoluutseks nulliks. Seda uut skaalat nimetatakse termodünaamiliseks temperatuuriskaalaks, kus T t+273 .
Siis, konstantsel helitugevusel, kehtib Charlesi seadus:
|
|
Eesmärk
Charlesi seaduse kontrollimine
Ülesanded, mis tuleb lahendada
Gaasi rõhu sõltuvuse määramine temperatuurist konstantse ruumala korral
Absoluutse temperatuuriskaala määramine ekstrapoleerimise teel madalatele temperatuuridele
Ohutus
Tähelepanu: töös on kasutatud klaasi.
Olge gaasitermomeetriga töötades äärmiselt ettevaatlik; klaaspurk ja mõõtetops.
Olge kuuma veega töötades eriti ettevaatlik.
Eksperimentaalne seadistus
Instrumendid ja tarvikud
gaasi termomeeter
Mobiilne CASSY Lab
Termopaar
Elektriline pliidiplaat
klaasist mõõtetops
klaasist anum
Käsitsi vaakumpump
Käsipumba abil toatemperatuuril õhu väljapumpamisel tekib õhusambale rõhk р0 + р, kus R 0 - välisrõhk. Elavhõbeda tilk avaldab survet ka õhusambale:
Selles katses kinnitatakse seda seadust gaasitermomeetri abil. Termomeeter asetatakse vette, mille temperatuur on umbes 90 °C, ja seda süsteemi järk-järgult jahutatakse. Gaastermomeetrit käsivaakumpumbaga tühjendades hoitakse jahutamisel konstantset õhuhulka.
|
|
Töökäsk
Avage gaasitermomeetri kork, ühendage termomeetriga käsivaakumpump.
Keerake termomeeter ettevaatlikult, nagu on näidatud joonisel fig. 2 ja eemaldage sellest õhk pumba abil nii, et elavhõbedatilk oleks punktis a) (vt joonis 2).
Pärast elavhõbedatilga kogunemist punktis a) keerake termomeeter auguga üles ja vabastage sundõhk käepidemega b) pumbale (vt joonis 2) ettevaatlikult, et elavhõbe ei eralduks mitmeks tilgaks.
Kuumuta vesi klaasnõus pliidiplaadil 90°C-ni.
Valage klaasnõusse kuum vesi.
Asetage anumasse gaasitermomeeter, kinnitades selle statiivile.
Asetage termopaar vette, see süsteem jahtub järk-järgult. Eemaldades õhu käeshoitava vaakumpumba abil gaasitermomeetrist, säilitage kogu jahutusprotsessi vältel konstantne õhusamba maht.
Registreerige manomeetri näit R ja temperatuur T.
Joonistage kogu gaasirõhu sõltuvus lk 0 +lk+lk Hg temperatuurist umbes C.
Jätkake graafikut, kuni see lõikub x-teljega. Määrake ristmiku temperatuur, selgitage tulemusi.
Määrake kalde puutuja järgi rõhu temperatuuritegur.
Arvutage Charlesi seaduse järgi rõhu sõltuvus temperatuurist konstantsel ruumalal ja joonistage see graafik. Võrrelge teoreetilisi ja eksperimentaalseid sõltuvusi.
Gaasi rõhu sõltuvust temperatuurist teatud gaasimassi konstantse mahu tingimustes uuris esmakordselt 1787. aastal Jacques Alexander Cesar Charles (1746–1823). Saate neid katseid korrata lihtsustatud kujul, kuumutades gaasi elavhõbedamanomeetriga ühendatud suures kolvis. M kitsa kõvera toru kujul (joon. 6).
Jätame tähelepanuta kolvi mahu ebaolulise suurenemise kuumutamisel ja ebaolulise mahu muutuse elavhõbeda nihutamisel kitsas manomeetrilises torus. Seega võib gaasi mahtu pidada muutumatuks. Kuumutades vett kolbi ümbritsevas anumas, märgime termomeetri abil gaasi temperatuuri T, ja vastav rõhk - manomeetril M. Pärast anuma täitmist sulava jääga mõõdame rõhku lk 0 , mis vastab temperatuurile 0 °C.
Seda tüüpi katsed näitasid järgmist.
1. Teatud massi rõhu juurdekasv on teatud osa α rõhk, mis antud gaasi massil oli temperatuuril 0 °C. Kui rõhk 0 °C juures on tähistatud lk 0 , siis gaasirõhu tõus kuumutamisel 1 °C võrra on lk 0 +αp 0 .
Kuumutamisel τ võrra on rõhu juurdekasv τ korda suurem, st. rõhu juurdekasv võrdeline temperatuuri tõusuga.
2. Väärtus α, mis näitab, millise osa rõhust 0 ° C juures suureneb gaasi rõhk kuumutamisel 1 ° C võrra, on kõigi gaaside jaoks sama väärtus (täpsemalt peaaegu sama), nimelt 1/273 ° C -1. väärtust α helistas rõhu temperatuuri koefitsient. Seega on kõigi gaaside rõhu temperatuuritegur sama väärtusega, võrdne 1/273 °C -1.
Teatud massi gaasi rõhk kuumutamisel kuni 1°C konstantsel helitugevusel suureneb 1/273 osa rõhust, mille juures see gaasimass oli 0 °C ( Charlesi seadus).
Siiski tuleb meeles pidada, et elavhõbeda manomeetriga temperatuuri mõõtmisel saadud gaasirõhu temperatuurikoefitsient ei ole erinevatel temperatuuridel täpselt sama: Charlesi seadus on täidetud vaid ligikaudselt, kuigi väga suure täpsusega. .
Charlesi seadust väljendav valem. Charlesi seadus võimaldab arvutada gaasi rõhku igal temperatuuril, kui selle rõhk mingil temperatuuril on teada
0°C. Olgu antud gaasi massi rõhk 0 °C antud ruumalas lk 0 ja sama gaasi rõhk temperatuuril t sööma lk. On temperatuuri tõus t, seega on rõhu juurdekasv võrdne αp 0 t ja soovitud survet
Seda valemit saab kasutada ka siis, kui gaas jahutatakse alla 0 °C; kus t on negatiivsed väärtused. Väga madalatel temperatuuridel, kui gaas läheneb veeldumisolekule, samuti kõrgelt kokkusurutud gaaside puhul ei ole Charlesi seadus kohaldatav ja valem (2) lakkab kehtimast.
Charlesi seadus molekulaarteooria seisukohalt. Mis juhtub molekulide mikrokosmoses, kui gaasi temperatuur muutub, näiteks kui gaasi temperatuur tõuseb ja rõhk tõuseb? Molekulaarteooria seisukohalt on antud gaasi rõhu tõusul kaks võimalikku põhjust: esiteks võib suureneda molekulaarsete löökide arv ajaühikus pindalaühiku kohta ja teiseks impulss, mis edastatakse ühe gaasilise rõhu tõusul. molekuli vastu seina tabamine võib suureneda. Mõlemad põhjused nõuavad molekulide kiiruse suurendamist (tuletage meelde, et antud gaasimassi maht jääb muutumatuks). Sellest selgub, et gaasi temperatuuri tõus (makrokosmoses) on molekulide juhusliku liikumise keskmise kiiruse tõus (mikrokosmoses).
Teatud tüüpi elektrilised hõõglambid on täidetud lämmastiku ja argooni seguga. Kui lamp töötab, soojeneb selles olev gaas umbes 100 °C-ni. Milline peaks olema gaasisegu rõhk temperatuuril 20 ° C, kui on soovitav, et gaasi rõhk selles ei ületaks lambi töötamise ajal atmosfäärirõhku? (vastus: 0,78 kgf / cm 2)
Manomeetritele asetatakse punane joon, mis näitab piiri, millest kõrgemal on gaasi suurenemine ohtlik. Temperatuuril 0 °C näitab manomeeter, et gaasi liigrõhk üle välisõhu rõhu on 120 kgf/cm2. Kas punane joon saavutatakse, kui temperatuur tõuseb 50 °C-ni, kui punane joon on 135 kgf/cm2? Võtke välisõhu rõhk 1 kgf / cm 2 (vastus: manomeetri nõel läheb punasest joonest kaugemale)
