Qonun ideal gaz.
Eksperimental:
Gazning asosiy parametrlari harorat, bosim va hajmdir. Gazning hajmi sezilarli darajada gazning bosimi va haroratiga bog'liq. Shuning uchun gazning hajmi, bosimi va harorati o'rtasidagi bog'liqlikni topish kerak. Bu nisbat deyiladi holat tenglamasi.
Buning uchun eksperimental ravishda aniqlangan berilgan miqdor gaz, yaxshi taxminan, quyidagi bog'liqlik amal qiladi: doimiy haroratda gazning hajmi unga qo'llaniladigan bosimga teskari proportsionaldir (1-rasm).:
V~1/P , T=const da.
Misol uchun, agar gazga ta'sir qiladigan bosim ikki baravar oshsa, hajm dastlabki hajmining yarmigacha kamayadi. Bu munosabat sifatida tanilgan Boyl qonuni (1627-1691) - Mariotte (1620-1684), buni quyidagicha yozish mumkin:
Bu shuni anglatadiki, miqdorlardan biri o'zgarganda, ikkinchisi ham o'zgaradi va ularning mahsuloti doimiy bo'lib qoladi.
Hajmning haroratga bog'liqligi (2-rasm) J. Gey-Lyusak tomonidan kashf etilgan. U buni kashf qildi doimiy bosimda ma'lum miqdordagi gazning hajmi haroratga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir:
V~T, da R =const.
Ushbu bog'liqlik grafigi koordinatalarning kelib chiqishi orqali o'tadi va shunga mos ravishda 0K da uning hajmi nolga teng bo'ladi, bu aniq yo'q. jismoniy ma'no. Bu -273 0 C degan taxminga olib keldi minimal harorat bunga erishish mumkin.
Uchinchi gaz qonuni deb nomlanadi Charlz qonuni Jak Charlz (1746-1823) sharafiga nomlangan. Ushbu qonunda quyidagilar aytiladi: doimiy hajmda gaz bosimi mutlaq haroratga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir (3-rasm):
P ~T, V=const da.
Yaxshi mashhur misol Ushbu qonunning ta'siri yong'inda portlovchi aerozol qutisidir. Bu doimiy hajmdagi haroratning keskin oshishi tufayli yuzaga keladi.
Bu uchta qonun eksperimental bo'lib, haqiqiy gazlarda faqat bosim va zichlik unchalik yuqori bo'lmasa va harorat gazning kondensatsiya haroratiga yaqin bo'lmasa, yaxshi bajariladi, shuning uchun "qonun" so'zi juda mos kelmaydi. gazlarning bu xossalari, lekin u umumiy qabul qilingan.
Boyl-Mariott, Charlz va Gey-Lyusakning gaz qonunlarini ma'lum miqdordagi gaz uchun amal qiladigan hajm, bosim va harorat o'rtasidagi yana bitta umumiy munosabatga birlashtirish mumkin:
Bu shuni ko'rsatadiki, P, V yoki T kattaliklardan biri o'zgarganda qolgan ikkita kattalik ham o'zgaradi. Bitta qiymat doimiy sifatida qabul qilinganda, bu ifoda ushbu uchta qonunga aylanadi.
Endi biz hozirgacha doimiy hisoblangan yana bir miqdorni hisobga olishimiz kerak - bu gaz miqdori. Eksperimental ravishda tasdiqlangan: doimiy harorat va bosimda gazning yopiq hajmi ushbu gazning massasiga to'g'ridan-to'g'ri mutanosib ravishda ortadi:
Bu qaramlik gazning barcha asosiy miqdorlarini bog'laydi. Agar bu proportsionallikka mutanosiblik koeffitsientini kiritsak, tenglikka erishamiz. Ammo tajribalar shuni ko'rsatadiki, bu koeffitsient turli gazlarda har xil bo'ladi, shuning uchun m massasi o'rniga n moddaning miqdori (mollar soni) kiritiladi.
Natijada biz quyidagilarni olamiz:
Bu erda n - mollar soni, R - proportsionallik koeffitsienti. R miqdori deyiladi universal gaz doimiysi. Bugungi kunga kelib, eng ko'p aniq qiymat bu qiymat teng:
R=8,31441 ± 0,00026 J/mol
Tenglik (1) deyiladi ideal gazning holat tenglamasi yoki ideal gaz qonuni.
Avogadro raqami; molekulyar darajadagi ideal gaz qonuni:
R doimiysi barcha gazlar uchun bir xil qiymatga ega bo'lishi tabiatning soddaligining ajoyib aksidir. Bu birinchi marta biroz boshqacha shaklda bo'lsa ham, italiyalik Amedeo Avogadro (1776-1856) tomonidan amalga oshirilgan. U buni eksperimental ravishda aniqladi Bir xil bosim va haroratda teng hajmdagi gazlar mavjud bir xil raqam molekulalar Birinchidan: (1) tenglamadan ko'rinib turibdiki, agar turli gazlar mavjud bo'lsa teng son mollar bir xil bosim va haroratga ega, keyin R doimiy bo'lsa, ular teng hajmlarni egallaydi. Ikkinchidan: bir moldagi molekulalar soni barcha gazlar uchun bir xil, bu to'g'ridan-to'g'ri mol ta'rifidan kelib chiqadi. Demak, R ning qiymati barcha gazlar uchun doimiy deb aytishimiz mumkin.
Bir moldagi molekulalar soni deyiladi Avogadro raqamiN A. Hozirgi vaqtda Avogadro soni quyidagilarga teng ekanligi aniqlandi:
N A =(6,022045 ± 0,000031) 10 -23 mol -1
Gaz molekulalarining umumiy soni N bir moldagi molekulalar sonining mollar soniga (N = nN A) ko‘paytirilganiga teng bo‘lgani uchun ideal gaz qonunini quyidagicha qayta yozish mumkin:
Bu erda k deyiladi Boltsman doimiysi va bir xil qiymatga ega:
k= R/N A =(1,380662 ± 0,000044) 10 -23 J/K
Kompressor uskunalari katalogi
Kirish
Ideal gazning holati to'liq o'lchanadigan miqdorlar bilan tavsiflanadi: bosim, harorat, hajm. Ushbu uch miqdor o'rtasidagi munosabat asosiy gaz qonuni bilan belgilanadi:
Ishning maqsadi
Boyl-Mariott qonunini tekshirish.
Yechilishi kerak bo'lgan muammolar
Gaz harorati doimiy bo'lishini hisobga olgan holda, hajm o'zgarganda shpritsdagi havo bosimini o'lchash.
Eksperimental sozlash
Qurilmalar va aksessuarlar
Bosim o'lchagich
Qo'lda vakuum pompasi
Ushbu tajribada Boyl-Mariott qonuni 1-rasmda ko'rsatilgan o'rnatish yordamida tasdiqlangan. Shpritsdagi havo hajmi quyidagicha aniqlanadi:
bu erda p 0 atmosfera bosimi, ap – bosim o'lchagich yordamida o'lchangan bosim.
Ish tartibi
Shprits pistonini 50 ml belgisiga qo'ying.
Qo'llanmaning ulash shlangining bo'sh uchini itaring vakuum pompasi shpritsning chiqishiga.
Pistonni cho'zayotganda, ovoz balandligini 5 ml qadam bilan oshiring va bosim o'lchagich ko'rsatkichlarini qora shkalaga yozing.
Piston ostidagi bosimni aniqlash uchun atmosfera bosimidan paskalda ifodalangan monometr ko'rsatkichlarini ayirish kerak. Atmosfera bosimi taxminan 1 bar, bu 100 000 Pa ga to'g'ri keladi.
O'lchov natijalarini qayta ishlash uchun ulanish shlangida havo mavjudligini hisobga olish kerak. Buning uchun devor qalinligi 1,5 mm ekanligini hisobga olgan holda, shlangning uzunligini lenta o'lchovi va shlangning diametrini kaliper bilan o'lchash orqali ulash shlangining hajmini o'lchang va hisoblang.
O'lchangan havo hajmining bosimga nisbatan grafigini tuzing.
Boyl-Mario qonunidan foydalanib, doimiy haroratda hajmning bosimga bog‘liqligini hisoblang va grafik chizing.
Nazariy va eksperimental bog'liqliklarni solishtiring.
Kirish
Gazning ma'lum bir massasining hajmi doimiy bo'lib qolishi sharti bilan gaz bosimining haroratga bog'liqligini ko'rib chiqaylik. Bu tadqiqotlar birinchi marta 1787 yilda Jak Aleksandr Sezar Charlz (1746-1823) tomonidan amalga oshirilgan. Gaz simobli manometrga ulangan katta kolbada tor kavisli naycha shaklida qizdirilgan. Isitilganda kolba hajmining arzimas ortishiga va simob tor manometrik trubkada siljishida uning hajmining arzimas o'zgarishiga e'tibor bermaslik. Shunday qilib, gaz hajmini doimiy deb hisoblash mumkin. Kolbani o'rab turgan idishdagi suvni isitish orqali gazning harorati termometr yordamida o'lchandi. T, va mos keladigan bosim R- bosim o'lchagichga muvofiq. Idishni erigan muz bilan to'ldirish orqali bosim aniqlandi R O, va mos keladigan harorat T O. Aniqlanishicha, agar 0 C da bosim R O , keyin 1 C ga qizdirilganda, bosimning oshishi in bo'ladi R O. miqdori barcha gazlar uchun bir xil qiymatga ega (aniqrog'i deyarli bir xil), ya'ni 1/273 C -1. miqdori bosimning harorat koeffitsienti deyiladi.
Charlz qonuni, agar uning 0 C haroratdagi bosimi ma'lum bo'lgan gazning ma'lum hajmdagi 0 C dagi bosimi ma'lum bo'lsa, uning bosimini har qanday haroratda hisoblash imkonini beradi p o, va bir xil gazning haroratdagi bosimi tp. Harorat ga o'zgaradi t, va bosim tomonidan o'zgaradi R O t, keyin bosim R teng:
Juda past haroratlarda, gaz suyuqlanish holatiga yaqinlashganda, shuningdek, yuqori siqilgan gazlar holatida Charlz qonuni qo'llanilmaydi. Charlz qonuni va Gey-Lyusak qonuniga kiritilgan va koeffitsientlarining mos kelishi tasodifiy emas. Gazlar doimiy haroratda Boyl-Mariott qonuniga bo'ysunganligi sababli, va bir-biriga teng bo'lishi kerak.
Bosimning haroratga bog'liqligi formulasiga bosimning harorat koeffitsienti qiymatini almashtiramiz:
|
|
Qiymat ( 273+ t) yangi harorat shkalasi bo'yicha o'lchanadigan harorat qiymati sifatida qaralishi mumkin, uning birligi Selsiy shkalasi bilan bir xil, nol esa Tselsiy bo'yicha nolga teng deb qabul qilingan nuqtadan 273 pastda joylashgan nuqta sifatida qabul qilinadi. shkala, ya'ni muzning erish nuqtasi. Ushbu yangi shkalaning noli mutlaq nol deb ataladi. Ushbu yangi shkala termodinamik harorat shkalasi deb ataladi, bu erda T t+273 .
Keyin doimiy hajmda Charlz qonuni amal qiladi:
|
|
Ishning maqsadi
Charlz qonunini sinab ko'rish
Yechilishi kerak bo'lgan muammolar
Gaz bosimining doimiy hajmdagi haroratga bog'liqligini aniqlash
Past haroratlarga nisbatan ekstrapolyatsiya qilish orqali mutlaq harorat shkalasini aniqlash
Xavfsizlik choralari
Diqqat: bu ishda shisha ishlatiladi.
Gaz termometri bilan ishlashda juda ehtiyot bo'ling; shisha idish va o'lchov idishi.
Issiq suv bilan ishlaganda juda ehtiyot bo'ling.
Eksperimental sozlash
Qurilmalar va aksessuarlar
Gaz termometri
Mobil CASSY laboratoriyasi
Termojuft
Elektr isitish plitasi
Shisha o'lchov stakan
Shisha idish
Qo'lda vakuum pompasi
Qo'l nasos yordamida xona haroratida havoni pompalaganda, p0+r havo ustunida bosim hosil bo'ladi, bu erda R 0 - tashqi bosim. Bir tomchi simob ham havo ustuniga bosim o'tkazadi:
Ushbu tajribada bu qonun gaz termometri yordamida tasdiqlanadi. Termometr taxminan 90 ° C haroratli suvga joylashtiriladi va bu tizim asta-sekin sovutiladi. Qo'l vakuum pompasi yordamida gaz termometridan havo chiqarib, sovutish vaqtida doimiy havo miqdori saqlanadi.
|
|
Ish tartibi
Gaz termometrining qopqog'ini oching, termometrga qo'lda vakuum nasosini ulang.
Shaklda chapda ko'rsatilganidek, termometrni ehtiyotkorlik bilan aylantiring. 2 va undan havoni nasos yordamida chiqarib oling, shunda simob tomchisi a) nuqtada tugaydi (2-rasmga qarang).
Simob tomchisi a) nuqtada to'plangandan so'ng, simob bir necha tomchilarga bo'linib ketmasligi uchun termometrni teshik bilan yuqoriga burang va tutqich bilan majburiy havoni b) nasosga (2-rasmga qarang) ehtiyotkorlik bilan chiqaring.
Shisha idishdagi suvni issiq plastinkada 90°C ga qizdiring.
To'kib tashlang issiq suv shisha idishga soling.
Gaz termometrini idishga joylashtiring, uni tripodga mahkamlang.
Termojuftni suvga joylashtiring, tizim asta-sekin soviydi. Qo'lda ushlab turiladigan vakuum pompasi yordamida gaz termometridan havo chiqarib, siz sovutish jarayonida doimiy havo ustunini ushlab turasiz.
Bosim o'lchagich ko'rsatkichini yozib oling R va harorat T.
Umumiy gaz bosimining bog'liqligini chizing p 0 +p+p O C haroratdan Hg.
Grafikni x o'qini kesishguncha davom eting. Kesishish haroratini aniqlang va olingan natijalarni tushuntiring.
Nishab burchagi tangensidan foydalanib, bosimning harorat koeffitsientini aniqlang.
Charlz qonunidan foydalanib, doimiy hajmdagi bosimning haroratga bog'liqligini hisoblang va grafik chizing. Nazariy va eksperimental bog'liqliklarni solishtiring.
TA'RIF
Gaz holati parametrlaridan biri o'zgarmas bo'lib qoladigan jarayonlar deyiladi izoprotsesslar.
TA'RIF
Gaz qonunlari- bu ideal gazdagi izoproseslarni tavsiflovchi qonunlar.
Gaz qonunlari eksperimental ravishda kashf etilgan, ammo ularning barchasini Mendeleyev-Klapeyron tenglamasidan olish mumkin.
Keling, ularning har birini ko'rib chiqaylik.
Izotermik jarayon gaz holatining o'zgarishi, uning harorati doimiy bo'lib qolishi deyiladi.
Doimiy haroratda gazning doimiy massasi uchun gaz bosimi va hajmining mahsuloti doimiy qiymatdir:
Xuddi shu qonun boshqa shaklda qayta yozilishi mumkin (ideal gazning ikkita holati uchun):
Bu qonun Mendeleyev-Klapeyron tenglamasidan kelib chiqadi:
Shubhasiz, gazning doimiy massasida va doimiy haroratda tenglamaning o'ng tomoni doimiy bo'lib qoladi.
O'zgarmas haroratda gaz parametrlarining bog'liqligi grafiklari deyiladi izotermlar.
Konstantani harf bilan belgilab, izotermik jarayon davomida bosimning hajmga funktsional bog'liqligini yozamiz:
Ko'rinib turibdiki, gaz bosimi uning hajmiga teskari proportsionaldir. Teskari proportsionallik grafigi va shuning uchun koordinatalardagi izotermaning grafigi giperboladir(1-rasm, a). 1-rasm b) va c) mos ravishda koordinatalarda va izotermlarni ko'rsatadi.
1-rasm. Turli koordinatalarda izotermik jarayonlarning grafiklari
Izobarik jarayon gaz holatining o'zgarishi, uning bosimi doimiy bo'lib qoladi.
Doimiy bosimdagi gazning doimiy massasi uchun gaz hajmining haroratga nisbati doimiy qiymatdir:
Bu qonun Mendeleyev-Klapeyron tenglamasidan ham kelib chiqadi:
izobarlar.
Keling, bosim va title="Rendered by QuickLaTeX.com) bilan ikkita izobarik jarayonni ko'rib chiqaylik." height="18" width="95" style="vertical-align: -4px;">. В координатах и изобары будут иметь вид прямых линий, перпендикулярных оси (рис.2 а,б).!}
Konstantani harf bilan belgilab, koordinatalarda grafik turini aniqlaymiz, izobarik jarayonda hajmning haroratga funktsional bog'liqligini yozamiz:
Ko'rinib turibdiki, doimiy bosimda gaz hajmi uning haroratiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. To'g'ridan-to'g'ri proportsionallik grafigi va shuning uchun izobarning koordinatadagi grafigi koordinatalar boshi orqali o‘tuvchi to‘g‘ri chiziqdir(2-rasm, c). Haqiqatda, etarlicha past haroratlarda barcha gazlar suyuqlikka aylanadi, ular uchun gaz qonunlari endi qo'llanilmaydi. Shuning uchun, koordinatalarning kelib chiqishi yaqinida 2-rasm, c)dagi izobarlar nuqta chiziq bilan ko'rsatilgan.
2-rasm. Turli koordinatalardagi izobar jarayonlarning grafiklari
Izoxorik jarayon gaz hajmining doimiy bo'lib qoladigan holatining o'zgarishi deyiladi.
Doimiy hajmdagi gazning doimiy massasi uchun gaz bosimining uning haroratiga nisbati doimiy qiymatdir:
Gazning ikki holati uchun bu qonun quyidagicha yoziladi:
Bu qonunni Mendeleyev-Klapeyron tenglamasidan ham olish mumkin:
Doimiy bosimdagi gaz parametrlarining grafiklari deyiladi izoxoralar.
Keling, jild va sarlavhali ikkita izoxorik jarayonni ko'rib chiqaylik="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).!}
Koordinatalarda izoxorik jarayon grafigining turini aniqlash uchun Charlz qonunida doimiyni harf bilan belgilaymiz, biz quyidagilarni olamiz:
Shunday qilib, bosimning doimiy hajmdagi haroratga funktsional bog'liqligi to'g'ridan-to'g'ri proportsionallikdir bunday bog'liqlik grafigi koordinatalarning kelib chiqishidan o'tadigan to'g'ri chiziqdir (3-rasm, s).
3-rasm. Turli koordinatalardagi izoxorik jarayonlarning grafiklari
MISOL 1
| Mashq qilish | Gazning hajmi to'rtdan bir qismga kamayishi uchun boshlang'ich haroratiga ega bo'lgan ma'lum bir gaz massasini qanday haroratgacha izobarik sovutish kerak? |
| Yechim | Izobar jarayon Gey-Lyusak qonuni bilan tavsiflanadi: Muammoning shartlariga ko'ra, izobarik sovutish tufayli gaz hajmi to'rtdan birga kamayadi, shuning uchun: gazning oxirgi harorati qayerda: Keling, birliklarni SI tizimiga aylantiramiz: boshlang'ich gaz harorati. Keling, hisoblab chiqamiz:
|
| Javob | Gazni haroratgacha sovutish kerak. |
2-MISA
| Mashq qilish | Yopiq idishda 200 kPa bosim ostida gaz mavjud. Agar harorat 30% ga oshirilsa, gaz bosimi qanday bo'ladi? |
| Yechim | Gaz solingan idish yopiq bo'lgani uchun gaz hajmi o'zgarmaydi. Izoxorik jarayon Charlz qonuni bilan tavsiflanadi: Muammoga ko'ra, gaz harorati 30% ga oshdi, shuning uchun biz yozishimiz mumkin: Oxirgi munosabatni Charlz qonuniga almashtirib, biz quyidagilarni olamiz: Keling, birliklarni SI tizimiga aylantiramiz: boshlang'ich gaz bosimi kPa = Pa. Keling, hisoblab chiqamiz: |
| Javob | Gaz bosimi 260 kPa ga teng bo'ladi. |
MISOL 3
| Mashq qilish | Samolyot bilan jihozlangan kislorod tizimi mavjud  Pa bosimdagi kislorod. Da maksimal balandlik ko'targanda, uchuvchi kran yordamida ushbu tizimni bo'sh hajmli silindr bilan bog'laydi. Unda qanday bosim o'rnatiladi? Gazni kengaytirish jarayoni doimiy haroratda sodir bo'ladi. |
| Yechim | Izotermik jarayon Boyl-Mariot qonuni bilan tavsiflanadi: |
Kirish
Ideal gazning holati to'liq o'lchanadigan miqdorlar bilan tavsiflanadi: bosim, harorat, hajm. Ushbu uch miqdor o'rtasidagi munosabat asosiy gaz qonuni bilan belgilanadi:
Ishning maqsadi
Boyl-Mariott qonunini tekshirish.
Yechilishi kerak bo'lgan muammolar
Gaz harorati doimiy bo'lishini hisobga olgan holda, hajm o'zgarganda shpritsdagi havo bosimini o'lchash.
Eksperimental sozlash
Qurilmalar va aksessuarlar
Bosim o'lchagich
Qo'lda vakuum pompasi
Ushbu tajribada Boyl-Mariott qonuni 1-rasmda ko'rsatilgan o'rnatish yordamida tasdiqlangan. Shpritsdagi havo hajmi quyidagicha aniqlanadi:
bu erda p 0 atmosfera bosimi, ap – bosim o'lchagich yordamida o'lchangan bosim.
Ish tartibi
Shprits pistonini 50 ml belgisiga qo'ying.
Qo'l vakuum nasosining ulash shlangining bo'sh uchini shpritsning chiqishiga mahkam suring.
Pistonni cho'zayotganda, ovoz balandligini 5 ml qadam bilan oshiring va bosim o'lchagich ko'rsatkichlarini qora shkalaga yozing.
Piston ostidagi bosimni aniqlash uchun atmosfera bosimidan paskalda ifodalangan monometr ko'rsatkichlarini ayirish kerak. Atmosfera bosimi taxminan 1 bar, bu 100 000 Pa ga to'g'ri keladi.
O'lchov natijalarini qayta ishlash uchun ulanish shlangida havo mavjudligini hisobga olish kerak. Buning uchun devor qalinligi 1,5 mm ekanligini hisobga olgan holda, shlangning uzunligini lenta o'lchovi va shlangning diametrini kaliper bilan o'lchash orqali ulash shlangining hajmini o'lchang va hisoblang.
O'lchangan havo hajmining bosimga nisbatan grafigini tuzing.
Boyl-Mario qonunidan foydalanib, doimiy haroratda hajmning bosimga bog‘liqligini hisoblang va grafik chizing.
Nazariy va eksperimental bog'liqliklarni solishtiring.
Kirish
Gazning ma'lum bir massasining hajmi doimiy bo'lib qolishi sharti bilan gaz bosimining haroratga bog'liqligini ko'rib chiqaylik. Bu tadqiqotlar birinchi marta 1787 yilda Jak Aleksandr Sezar Charlz (1746-1823) tomonidan amalga oshirilgan. Gaz simobli manometrga ulangan katta kolbada tor kavisli naycha shaklida qizdirilgan. Isitilganda kolba hajmining arzimas ortishiga va simob tor manometrik trubkada siljishida uning hajmining arzimas o'zgarishiga e'tibor bermaslik. Shunday qilib, gaz hajmini doimiy deb hisoblash mumkin. Kolbani o'rab turgan idishdagi suvni isitish orqali gazning harorati termometr yordamida o'lchandi. T, va mos keladigan bosim R- bosim o'lchagichga muvofiq. Idishni erigan muz bilan to'ldirish orqali bosim aniqlandi R O, va mos keladigan harorat T O. Aniqlanishicha, agar 0 C da bosim R O , keyin 1 C ga qizdirilganda, bosimning oshishi in bo'ladi R O. miqdori barcha gazlar uchun bir xil qiymatga ega (aniqrog'i deyarli bir xil), ya'ni 1/273 C -1. miqdori bosimning harorat koeffitsienti deyiladi.
Charlz qonuni, agar uning 0 C haroratdagi bosimi ma'lum bo'lgan gazning ma'lum hajmdagi 0 C dagi bosimi ma'lum bo'lsa, uning bosimini har qanday haroratda hisoblash imkonini beradi p o, va bir xil gazning haroratdagi bosimi tp. Harorat ga o'zgaradi t, va bosim tomonidan o'zgaradi R O t, keyin bosim R teng:
Juda past haroratlarda, gaz suyuqlanish holatiga yaqinlashganda, shuningdek, yuqori siqilgan gazlar holatida Charlz qonuni qo'llanilmaydi. Charlz qonuni va Gey-Lyusak qonuniga kiritilgan va koeffitsientlarining mos kelishi tasodifiy emas. Gazlar doimiy haroratda Boyl-Mariott qonuniga bo'ysunganligi sababli, va bir-biriga teng bo'lishi kerak.
Bosimning haroratga bog'liqligi formulasiga bosimning harorat koeffitsienti qiymatini almashtiramiz:
|
|
Qiymat ( 273+ t) yangi harorat shkalasi bo'yicha o'lchanadigan harorat qiymati sifatida qaralishi mumkin, uning birligi Selsiy shkalasi bilan bir xil, nol esa Tselsiy bo'yicha nolga teng deb qabul qilingan nuqtadan 273 pastda joylashgan nuqta sifatida qabul qilinadi. shkala, ya'ni muzning erish nuqtasi. Ushbu yangi shkalaning noli mutlaq nol deb ataladi. Ushbu yangi shkala termodinamik harorat shkalasi deb ataladi, bu erda T t+273 .
Keyin doimiy hajmda Charlz qonuni amal qiladi:
|
|
Ishning maqsadi
Charlz qonunini sinab ko'rish
Yechilishi kerak bo'lgan muammolar
Gaz bosimining doimiy hajmdagi haroratga bog'liqligini aniqlash
Past haroratlarga nisbatan ekstrapolyatsiya qilish orqali mutlaq harorat shkalasini aniqlash
Xavfsizlik choralari
Diqqat: bu ishda shisha ishlatiladi.
Gaz termometri bilan ishlashda juda ehtiyot bo'ling; shisha idish va o'lchov idishi.
Issiq suv bilan ishlaganda juda ehtiyot bo'ling.
Eksperimental sozlash
Qurilmalar va aksessuarlar
Gaz termometri
Mobil CASSY laboratoriyasi
Termojuft
Elektr isitish plitasi
Shisha o'lchov stakan
Shisha idish
Qo'lda vakuum pompasi
Qo'l nasos yordamida xona haroratida havoni pompalaganda, p0+r havo ustunida bosim hosil bo'ladi, bu erda R 0 - tashqi bosim. Bir tomchi simob ham havo ustuniga bosim o'tkazadi:
Ushbu tajribada bu qonun gaz termometri yordamida tasdiqlanadi. Termometr taxminan 90 ° C haroratli suvga joylashtiriladi va bu tizim asta-sekin sovutiladi. Qo'l vakuum pompasi yordamida gaz termometridan havo chiqarib, sovutish vaqtida doimiy havo miqdori saqlanadi.
|
|
Ish tartibi
Gaz termometrining qopqog'ini oching, termometrga qo'lda vakuum nasosini ulang.
Shaklda chapda ko'rsatilganidek, termometrni ehtiyotkorlik bilan aylantiring. 2 va undan havoni nasos yordamida chiqarib oling, shunda simob tomchisi a) nuqtada tugaydi (2-rasmga qarang).
Simob tomchisi a) nuqtada to'plangandan so'ng, simob bir necha tomchilarga bo'linib ketmasligi uchun termometrni teshik bilan yuqoriga burang va tutqich bilan majburiy havoni b) nasosga (2-rasmga qarang) ehtiyotkorlik bilan chiqaring.
Shisha idishdagi suvni issiq plastinkada 90°C ga qizdiring.
Shisha idishga issiq suv quying.
Gaz termometrini idishga joylashtiring, uni tripodga mahkamlang.
Termojuftni suvga joylashtiring, tizim asta-sekin soviydi. Qo'lda ushlab turiladigan vakuum pompasi yordamida gaz termometridan havo chiqarib, siz sovutish jarayonida doimiy havo ustunini ushlab turasiz.
Bosim o'lchagich ko'rsatkichini yozib oling R va harorat T.
Umumiy gaz bosimining bog'liqligini chizing p 0 +p+p O C haroratdan Hg.
Grafikni x o'qini kesishguncha davom eting. Kesishish haroratini aniqlang va olingan natijalarni tushuntiring.
Nishab burchagi tangensidan foydalanib, bosimning harorat koeffitsientini aniqlang.
Charlz qonunidan foydalanib, doimiy hajmdagi bosimning haroratga bog'liqligini hisoblang va grafik chizing. Nazariy va eksperimental bog'liqliklarni solishtiring.
Ma'lum bir gaz massasining doimiy hajmi sharoitida gaz bosimining haroratga bog'liqligini o'rganish birinchi marta 1787 yilda Jak Aleksandr Sezar Charlz (1746 - 1823) tomonidan amalga oshirilgan. Ushbu tajribalarni simob manometriga ulangan katta kolbada gazni isitish orqali soddalashtirilgan shaklda takrorlash mumkin. M tor kavisli quvur shaklida (6-rasm).
Qizdirilganda kolba hajmining arzimas ortishiga, simob tor manometrik trubkada siljiganida esa hajmining arzimas o‘zgarishiga e’tibor bermaylik. Shunday qilib, gaz hajmini doimiy deb hisoblash mumkin. Kolbani o'rab turgan idishdagi suvni qizdirish orqali biz gazning haroratini termometr yordamida qayd etamiz. T, va mos keladigan bosim bosim o'lchagich bilan ko'rsatiladi M. Idishni erituvchi muz bilan to'ldiring va bosimni o'lchang p 0, 0 °C haroratga to'g'ri keladi.
Ushbu turdagi tajribalar quyidagilarni ko'rsatdi.
1. Muayyan massaning bosim ortishi ma'lum bir qismdir α ma'lum bir gaz massasi 0 ° C haroratda bo'lgan bosim. 0 °C dagi bosim bilan belgilansa p 0, keyin 1 ° C ga qizdirilganda gaz bosimining oshishi p 0 +ap 0 .
t ga qizdirilganda bosimning oshishi t marta ko'p bo'ladi, ya'ni. bosimning oshishi haroratning oshishi bilan proportsionaldir.
2. Kattalik α, 0 °C da bosimning qaysi qismi bilan gaz bosimi 1 °C ga qizdirilganda oshishini ko'rsatib, barcha gazlar uchun bir xil qiymatga ega (aniqrog'i, deyarli bir xil), ya'ni 1/273 °C -1. Hajmi α chaqirdi bosimning harorat koeffitsienti. Shunday qilib, barcha gazlar uchun bosimning harorat koeffitsienti bir xil qiymatga ega, 1/273 ° C -1 ga teng.
Gazning ma'lum bir massasi qizdirilganda bosimi 1 °C doimiy hajm bilan ortadi 1/273 bu gaz massasi bo'lgan bosimning bir qismi 0°C ( Charlz qonuni).
Ammo shuni yodda tutish kerakki, haroratni simob manometri bilan o'lchash natijasida olingan gaz bosimining harorat koeffitsienti turli haroratlar uchun mutlaqo bir xil emas: Charlz qonuni juda yuqori aniqlik darajasiga ega bo'lsa-da, faqat taxminan qondiriladi.
Charlz qonunini ifodalovchi formula. Charlz qonuni, agar uning haroratdagi bosimi ma'lum bo'lsa, gazning har qanday haroratdagi bosimini hisoblash imkonini beradi
0°C. Berilgan hajmdagi 0 °C da berilgan gaz massasining bosimi bo'lsin p 0 va bir xil gazning haroratdagi bosimi t Mavjud p. Haroratning ko'tarilishi kuzatiladi t, shuning uchun bosim o'sishi teng ap 0 t va kerakli bosim
Bu formuladan gaz 0 °C dan past sovutilganda ham foydalanish mumkin; unda t salbiy qiymatlarga ega bo'ladi. Juda past haroratlarda, gaz suyuqlanish holatiga yaqinlashganda, shuningdek, yuqori siqilgan gazlar holatida Charlz qonuni qo'llanilmaydi va (2) formula o'z kuchini yo'qotadi.
Charlz qonuni molekulyar nazariya nuqtai nazaridan. Gazning harorati o'zgarganda, masalan, gazning harorati ko'tarilganda va uning bosimi ortganda molekulalarning mikrokosmosida nima sodir bo'ladi? Molekulyar nazariya nuqtai nazaridan, ma'lum bir gaz bosimining oshishining ikkita mumkin bo'lgan sababi bor: birinchidan, molekulalarning vaqt birligiga ta'sir qilish soni ko'payishi mumkin, ikkinchidan, bitta gaz bosimining ko'tarilishi paytida uzatiladigan impuls. molekulaning devorga tegishi kuchayishi mumkin. Ikkala sabab ham molekulalarning tezligini oshirishni talab qiladi (esda tutingki, ma'lum gaz massasining hajmi o'zgarishsiz qoladi). Bu erdan ma'lum bo'ladiki, gaz haroratining oshishi (makrokosmosda) o'sishdir o'rtacha tezlik molekulalarning tasodifiy harakati (mikrokosmosda).
Ba'zi turdagi akkor elektr lampalar azot va argon aralashmasi bilan to'ldiriladi. Chiroq ishlaganda, undagi gaz taxminan 100 ° C gacha qiziydi. Chiroq ishlayotgan paytda undagi gaz bosimi atmosfera bosimidan oshmasligi ma'qul bo'lsa, 20 ° C da gaz aralashmasining bosimi qanday bo'lishi kerak? (javob: 0,78 kgf/sm2)
Bosim o'lchagichlarga qizil chiziq qo'yiladi, bu gazning ko'payishi xavfli bo'lgan chegarani ko'rsatadi. 0 ° C haroratda bosim o'lchagich tashqi havo bosimi ustidagi ortiqcha gaz bosimi 120 kgf / sm2 ekanligini ko'rsatadi. Qizil chiziq 135 kgf/sm2 bo'lsa, harorat 50 °C ga ko'tarilganda qizil chiziqqa erishiladimi? Tashqi havo bosimini 1 kgf/sm2 ga teng oling (javob: bosim o'lchagich ignasi qizil chiziqdan tashqariga chiqadi)
