Физика 9 класс. 1. Физика. Методы познания природы. Физические явления
 Скачать 5.42 Mb.
|
21. Уравнение Менделеева-Клапейрона. Изопроцессы.Уравнение состояния идеального газа. (Уравнение Менделеева—Клапейрона.) Изопроцессы. Состояние данной массы газа полностью определено, если известны его давление, температура и объем. Эти величины называют параметрами состояния газа. Уравнение, связывающее параметры состояния, называют уравнением состояния. Для произвольной массы газа состояние газа описывается уравнением Менделеева—Клапейрона: pV = mRT/M, где р — давление, V — объем, m — масса, М — молярная масса, R — универсальная газовая постоянная. Физический смысл универсальной газовой постоянной в том, что она показывает, какую работу совершает один моль идеального газа при изобарном расширении при нагревании на 1 К (R = 8,31 ДжДмоль • К)). Уравнение Менделеева—Клапейрона показывает, что возможно одновременное изменение трех параметров, характеризующих состояние идеального газа. Однако многие процессы в газах, происходящие в природе и осуществляемые в технике, можно рассматривать приближенно как процессы, в которых изменяются лишь два параметра. Особую роль в физике и технике играют три процесса: изотермический, изохорный и изобарный. Изопроцессом называют процесс, происходящий с данной массой газа при одном постоянном параметре — температуре, давлении или объеме. Из уравнения состояния как частные случаи получаются законы для изопроцессов. Изотермическим называют процесс, протекающий при постоянной температуре. Т = const. Он описывается законом Бойля—Мариотта: pV = const. Изохорным называют процесс, протекающий при постоянном объеме. Для него справедлив закон Шарля: V = const, p/T = const. Изобарным называют процесс, протекающий при постоянном давлении. Уравнение этого процесса имеет вид V/T = const прир = const и называется законом Гей-Люссака. Все процессы можно изобразить графически Реальные газы удовлетворяют уравнению состояния идеального газа при не слишком высоких давлениях (пока собственный объем молекул пренебрежительно мал по сравнению с объемом сосуда, в котором находится газ) и при не слишком низких температурах (пока потенциальной энергией межмолекулярного взаимодействия можно пренебречь по сравнению с кинетической энергией теплового движения молекул), т. е. для реального газа это уравнение и его следствия являются хорошим приближением. 22. Газовые законы. Графики изопроцессов.Для описания состояния газа достаточно задать три макроскопических параметра — объем V, давление p и температуру T. Изменение одного из этих параметров вызывает изменение остальных. Если одновременно меняются объем, давление и температура, то на опыте трудно установить какие-либо закономерности. Проще сначала рассмотреть газ неизменной массы (m = const), зафиксировать значение одного из макропараметров (V, p или T) и рассмотреть изменение при этом двух других. Процессы, при которых один из параметров p, V или Τ остается постоянным при данной массе газа, называют изопроцессами. isos в переводе с греческого означает «равный». Законы, описывающие изопроцессы в идеальном газе, были открыты экспериментально. Изотермический процесс Изотермический процесс — это изопроцесс, происходящий при постоянной температуре: Τ = const. therme — тепло. Закон экспериментально открыли независимо друг от друга английский химик и физик Роберт Бойль (1662) и французский физик Эдм Мариотт (1676). Закон изотермического процесса (Бойля-Мариотта): для данной массы газа при постоянной температуре произведение давления на объем есть величина постоянная: p⋅V=const или для двух состояний p1⋅V1=p2⋅V2. Для осуществления изотермического процесса надо сосуд, наполненный газом, привести в контакт с термостатом. Термостат — это прибор для поддержания постоянной температуры. Подробнее см. wikipedia Изотермическим процессом приближенно можно считать процесс медленного сжатия или расширения газа в сосуде с поршнем. Термостатом в этом случае служит окружающая среда. Изобарный процесс Изобарный процесс — это изопроцесс, происходящий при постоянном давлении: p = const. baros — тяжесть, вес. Закон экспериментально исследовали независимо друг от друга французские физики Жак Шарль (1787) и Жозеф Гей-Люссак (1802). Работа Ж. Шарля была опубликована уже после открытия Ж. Гей-Люссака. Но изобарный процесс в российских учебниках называют законом Гей-Люссака, в белорусских — законом Шарля. Закон изобарного процесса: при данной массе газа при постоянном давлении отношение объема к абсолютной температуре есть величина постоянная: VT=const, или V1T1=V2T2. Этот закон можно записать через температуру t, измеряемую по шкале Цельсия V=V0⋅(1+α⋅t), где V0 — объем газа при 0 °С, α = 1/273 К-1 — температурный коэффициент объемного расширения. Опыт показывает, что при малых плотностях температурный коэффициент объемного расширения не зависит от вида газа, т.е. одинаков для всех газов). Получить изобарный процесс можно при помощи цилиндра с невесомым поршнем. Изохорный процесс Изохорный процесс — это изопроцесс, происходящий при постоянном объеме: V = const. chora — занимаемое место, объем. Закон экспериментально исследовали независимо друг от друга французские физики Жак Шарль (1787) и Жозеф Гей-Люссак (1802). Изохорный процесс в российских учебниках называют законом Шарля, в белорусских — законом Гей-Люссака. Закон изохорного процесса: при данной массе газа при постоянном объеме отношение давления к абсолютной температуре есть величина постоянная: pT=const, или p1T1=p2T2. Если температуру измерять по шкале Цельсия, то закон Гей-Люссака запишется в виде p=p0⋅(1+α⋅t), где p0 — давление газа при 0 °С, α — температурный коэффициент давления, оказавшийся одинаковым для всех газов: α = 1/273 К-1 . Получить изохорный процесс можно в баллоне, который не изменяет свой объем при данном изменении температуры. Тщательная экспериментальная проверка современными методами показала, что уравнение состояния идеального газа и вытекающие из него законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и Шарля достаточно точно описывают поведение реальных газов при небольших давлениях и не слишком низких температурах. |