Уравнение состояния идеального газа. Экспериментальные газовые законы

Идеальный газ – это такой газ, внутренняя энергия которого определяется только кинетической энергией составляющих его молекул. Считают, что в этом случае объем молекул равен нулю. Потенциальной энергией взаимодействия между молекулами и внутримолекулярной энергией можно пренебречь при условии, что такой газ имеет низкую плотность и находится при не слишком высоких температуре и давлении. Этому условию удовлетворяют многие газы при нормальных условиях.

Для описания состояния газа достаточно задать три макроскопических параметра — объем V, давление p и температуру T. Изменение одного из этих параметров вызывает изменение остальных.

Изопроцессы – это процессы, при которых один из параметров p, V или Τ остается постоянным при данной массе газа.

Изотермический процесс – это изопроцесс, происходящий при постоянной температуре: Τ = const.

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: или для двух состояний

Для осуществления изотермического процесса надо сосуд, наполненный газом, привести в контакт с термостатом.

Термостат – это прибор для поддержания постоянной температуры. Изотермическим процессом приближенно можно считать процесс медленного сжатия или расширения газа в сосуде с поршнем. Термостатом в этом случае служит окружающая среда.

Изобарный процесс – это изопроцесс, происходящий при постоянном давлении: p = const.

Закон экспериментально исследовали независимо друг от друга французские физики Жак Шарль (1787) и Жозеф Гей-Люссак (1802).

Изобарный процесс – это закон Гей-Люссака.

Закон изобарного процесса: при данной массе газа при постоянном давлении отношение объема к абсолютной температуре есть величина постоянная: , или .

Этот закон можно записать через температуру t, измеряемую по шкале Цельсия: , где V ₀ — объем газа при 0 °С, α = 1/273 К^-1 — температурный коэффициент объемного расширения.

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 – это изопроцесс, происходящий при постоянном объеме: V = const.

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.

Закон изохорного процесса: при данной массе газа при постоянном объеме отношение давления к абсолютной температуре есть величина постоянная: , или .

Если температуру измерять по шкале Цельсия, то закон Гей-Люссака запишется в виде: , где p ₀ – 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.

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.

Дата добавления: 2014-01-05