С помощью уравнения объединённого газового закона можно исследовать процессы, в которых масса газа и один из важнейших параметров - давление, температура или объём - остаются постоянными. В физике такие процессы называются изопроцессами.
Из объединённого газового закона вытекают другие важнейшие газовые законы: закон Бойля-Мариотта,закон Гей-Люссака, закон Шарля, или второй закон Гей-Люссака.
Изотермический процесс
Процесс, в котором изменяются давление или объём, но температура остаётся постоянной, называется изотермическим процессом.
При изотермическом процессе T = const, m = const.
Поведение газа в изотермическом процессе описывает закон Бойля-Мариотта. Этот закон открыли экспериментальным путём английский физик Роберт Бойль в 1662 г. и французский физик Эдм Мариотт в 1679 г. Причём сделали они это независимо друг от друга. Закон Бойля-Мариотта формулируется следующим образом: В идеальном газе при постоянной температуре произведение давления газа на его объём также постоянно.
Уравнение Бойля-Мариотта можно вывести из объединённого газового закона. Подставив в формулу Т = const,получаем
p·V = const
Это и есть закон Бойля-Мариотта. Из формулы видно, что давление газа при постоянной температуре обратно пропорционально его объёму. Чем выше давление, тем меньше объём, и наоборот.
Как объяснить это явление? Почему же при увеличении объёма газа его давление становится меньше?
Так как температура газа не меняется, то не меняется и частота ударов молекул о стенки сосуда. Если увеличивается объём, то концентрация молекул становится меньше. Следовательно, на единицу площади придётся меньшее количество молекул, которые соударяются со стенками в единицу времени. Давление падает. При уменьшении объёма число соударений, наоборот, возрастает. Соответственно растёт и давление.
Графически изотермический процесс отображают на плоскости кривой, которую называют изотермой. Она имеет форму гиперболы.
Каждому значению температуры соответствует своя изотерма. Чем выше температура, тем выше расположена соответсвующая ей изотерма.
Изобарный процесс
Процессы изменения температуры и объёма газа при постоянном давлении, называются изобарными. Для этого процесса m = const, P = const.
Зависимость объёма газа от его температуры при неизменяющемся давлении также была установленаэкспериментальным путём французским химиком и физиком Жозефом Луи Гей-Люссаком, опубликовавшем его в 1802 г. Поэтому её называют законом Гей-Люссака: "При постоянном давлении отношение объёма постоянной массы газа к его абсолютной температуре является постоянной величиной".
При Р = const уравнение объединённого газового закона превращается в уравнение Гей-Люссака.
Пример изобарного процесса - газ, находящийся внутри цилиндра, в котором перемещается поршень. При повышении температуры растёт частота ударов молекул о стенки. Увеличивается давление, и поршень приподнимается. В итоге увеличивается объём, занимаемый газом в цилиндре.
Графически изобарный процесс отображается прямой линией, которая называется изобарой.
Чем больше давление в газе, тем ниже расположена на графике соответствующая изобара.
Изохорный процесс
Изохорным, или изохорическим, называют процесс изменения давления и температуры идеального газа при постоянном объёме.
Для изохорного процесса m = const, V = const.
Представить такой процесс очень просто. Он происходит в сосуде фиксированного объёма. Например, в цилиндре, поршень в котором не двигается, а жёстко закреплён.
Изохорный процесс описывается законом Шарля: «Для данной массы газа при постоянном объёме его давление пропорционально температуре». Французский изобретатель и учёный Жак Александр Сезар Шарль установил эту зависимость с помощью экспериментов в 1787 г. В 1802 г. её уточнил Гей-Люссак. Поэтому этот закон иногда называют вторым законом Гей-Люссака.
При V = constиз уравнения объединённого газового закона получаем уравнение закона Шарля, иливторого закона Гей-Люссака.
При постоянном объёме давление газа увеличивается, если увеличивается его температура.
На графиках изохорный процесс отображается линией, которая называется изохорой.
Чем больше объём занимаемый газом, тем ниже расположена изохора, соответствующая этому объёму.
В реальности ни один параметр газа невозможно поддерживать неизменным. Это возможно сделать лишь в лабораторных условиях.
Конечно, в природе идеального газа не существует. Но в реальных разреженных газах при очень низкой температуре и давлении не выше 200 атмосфер расстояние между молекулами намного превышает их размеры. Поэтому их свойства приближаются к свойствам идеального газа.
Просмотр содержимого документа
«Презентация к уроку. Газовые законы. 10 класс»
Применение уравнения состояния идеального газа к различным процессам
р, V и Т - макроскопические параметры, характеризующие состояние идеального газа данной массы
Количественные зависимости между двумя параметрами газа при фиксированном значении третьего называют газовыми законами.
Процессы, протекающие при неизменном значении одного из параметров, называют изопроцессами.
p = RT
(от греческого слова «изос» – равный)
m = const
=
m = const
T = const - изотермический процесс
p₁₁= RT
=
Роберт Бойль
(1627-1691) -натурфилософ,
физик,
химик и
богослов
закон Бойля-Mapuoттa
p₂₂= RT
закон был открыт экспериментально английским ученым Бойлем и несколько позднее французским ученым Мариоттом
Эдм Мариотт (1620-1684) - аббат, французский физик
0 V Закон справедлив для любых газов и для смеси газов. Лишь при давлениях, в несколько тысяч раз больших атмосферного, отклонения от этого закона становятся существенными. Чтобы процесс происходил при постоянной температуре, сжатие или расширение газа должно происходить очень медленно " width="640"
m = const
Графическая зависимость давления газа от объёма при постоянной температуре -изотерма
pV= const
T = const
p
p=
0
V
Закон справедлив для любых газов и для смеси газов. Лишь при давлениях, в несколько тысяч раз больших атмосферного, отклонения от этого закона становятся существенными.
Чтобы процесс происходил при постоянной температуре, сжатие или расширение газа должно происходить очень медленно
m = const
p = const – изобарный процесс
( от греческого слова «барос» - вес)
p₁= RT₁
=
закон
Гей-Люссака
p₂= RT₂
закон был установлен экспериментально в 1802 г. французским учёным Ж. Гей-Люссаком
Жозеф Луи Гей-Люссак (1778-1850) - французский химик и физик
0 T Все газы при сильном охлаждении превращаются в жидкости, а к жидкостям уравнение состояния неприменимо " width="640"
m = const
Графическая зависимость объема газа от температуры при постоянном давлении -изобара
= const
p = const
V
V = const •T
0
T
Все газы при сильном охлаждении превращаются в жидкости, а к жидкостям уравнение состояния неприменимо
m = const
V = const – изохорный процесс
( от греческого слова «хорема» - вместимость)
p = RT₁
=
закон
Шарля
p = RT₂
Жак Александр Сезар Шарль (1746-1823) - французский изобретатель и учёный
закон был установлен в 1787 г. французским физиком Ж.Шарлем
m = const
Графическая зависимость давления газа от температуры при постоянном давлении -изохора
= const
V = const
p
p = const •T
0
T
Все газы при сильном охлаждении превращаются в жидкости, а к жидкостям уравнение состояния неприменимо
Сравнительная таблица графиков изопроцессов
pT
pV
VT
p
V
p
T = const
pV= const
T
0
T
0
V
0
p
p
V
p = const
= const
T
0
V
0
T
0
p
p
V
V= const
= const
T
0
V
0
T
0
m ≠ const
m = const
= R
= const
- уравнение
Менделеева-Клапейрона
- уравнение Клапейрона
V= const
T = const
p = const
изобарный процесс
изотермический процесс
изохорный процесс
= const
= const
pV= const
закон Бойля-Мариотта
закон Гей-Люссака
закон Шарля
Исторически всё было наоборот:
газовые законы были установлены экспериментально, и намного раньше.
Уравнение состояния появилось впоследствии как их обобщение.