Экспериментальные газовые законы

Экспериментальные газовые законы

Состояние данной массы газа принято характеризовать следующими физическими величинами (параметрами состояния): давлением объемом V и температурой Изменение состояния газа, сопровождающееся изменением всех или некоторых из этих величин, называется газовым процессом. Процесс изменения давления газа в зависимости от объема, протекающий при неизменной температуре, называется изотермическим. Процесс изменения объема газа в зависимости от температуры, протекающий при неизменном давлении, называется изобарическим. Процесс изменения давления газа в зависимости от температуры, протекающий при неизменном объеме, называется изохорическим.

Прежде чем перейти к изучению свойств газа на основе молекулярно-кинетической теории строения вещества, следует кратко остановиться на газовых законах (Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Дальтона, Авогадро), которые были открыты опытным путем задолго до появления молекулярно-кинетической теории. Эти законы были установлены на опытах с газами, находящимися в условиях, мало отличающихся от нормальных атмосферных условий, т. е. при небольших температурах и невысоких давлениях. При низких температурах или при высоких давлениях экспериментальные газовые законы уже неточно отражают свойства газов.

Закон Бойля — Мариотта. Изучая изотермические газовые процессы, английский ученый Бойль (в 1662 г.) и французский ученый Мариотт (в 1667 г.) независимо друг от друга установили следующий закон, получивший название закона Бойля — Мариотта: для данной массы газа при постоянной температуре давление газа изменяется обратно пропорционально объему.

где температура по шкале Цельсия.

В соответствии с формулой (1) изотермический процесс представляется на графике равнобочной гиперболой — изотермой (рис. 70).

Законы Гей-Люссака. Изучая изобарические и изохорические газовые процессы, французский физик Гей-Люссак в 1802 г. установил следующие два закона, названные его именем.

1. Для данной массы газа при постоянном давлении объем газа изменяется линейно с температурой:

где объем газа при 0° объем газа при температуре а — коэффициент объемного расширения газа.

2. Для данной массы газа при постоянном объеме давление газа изменяется линейно с температурой:

где давление газа при давление газа при температуре термический коэффициент давления газа.

Оказалось, что для всех газов

Согласно формулам (2) и (3), изобарический и изохорический процессы представляются на графиках прямыми линиями (изобарами и изохорами), проходящими наклонно к оси температур и пересекающими ее в точке (рис. 71 и 72).

Точка принята за начало отсчета (нуль) новой шкалы температур, называемой абсолютной (или шкалой Кельвина, или термодинамической шкалой). Температура, отсчитываемая yа абсолютной шкале, называется абсолютной, или термодинамической температурой; нуль этой шкалы называется абсолютным нулем. Если цену деления абсолютной шкалы сохранить той же, что и на шкале Цельсия, то абсолютная температура будет связана с температурой измеряемой по шкале Цельсия, формулой

при этом абсолютный нуль равен

Из формулы (2) следует, что при температуре, равной абсолютному нулю,

т. е., что при абсолютном нуле температуры

вещество исчезает. Этот явно неверный вывод подтверждает уже упоминавшееся положение о том, что экспериментальные газовые законы неприменимы в области низких температур. Действительно, при низких температурах вещество не может существовать в газообразном состоянии: оно переходит в жидкое или даже в твердое состояние.

Таким образом, воспользовавшись для установления абсолютной шкалы температуры и абсолютного нуля законами Гей-Люссака, мы поступили сугубо формально. Однако Кельвин в 1852 г., исходя из иных физических явлений, теоретически установил ту же самую абсолютную шкалу температур с тем же значением абсолютного нуля, какие формально были получены ранее из законов Гей-Люссака. Поэтому абсолютную температуру и абсолютный нуль не следует рассматривать как формальные понятия, не имеющие физического смысла. Абсолютный нуль — это, как показал Кельвин, самая низкая из возможных температур вещества. Как мы увидим дальше (см. § 42), при абсолютном нуле полностью прекращается хаотическое движение молекул в веществе. Однако это не значит, что в нем прекращается всякое движение. Сохраняется, например, движение электронов в атоме. В настоящее время удается охлаждать малые объемы вещества до температуры, близкой к абсолютному нулю, не достигая последнего лишь на несколько тысячных долей Кельвина.

С помощью абсолютной температуры можно придать формуле (2) более простой вид:

где соответствует по шкале Кельвина. Следовательно,

при постоянном давлении объем газа пропорционален абсолютной температуре.

Преобразуя аналогичным путем формулу (3), получим

при постоянном объеме давление газа пропорционально абсолютной температуре.

Формулы (5) и (6) представляют собой математические выражения законов Гей-Люссака.

На формуле (6) основан упоминавшийся уже ранее метод измерения температуры с помощью газового (водородного) термометра, схематически изображенного на рис. 73. Водородный термометр состоит из баллона наполненного водородом и сообщающегося с левым коленом ртутного манометра. Открытое правое колено манометра соединено с левым коленом посредством гибкого резинового шланга. Баллон приводится в тепловой контакт со средой, температура которой подлежит изменению. Чтобы изменение температуры водорода

происходило изохорически, ртуть в левом колене манометра во время всего измерения поддерживается на уровне метки а, для чего приходится поднимать или опускать правое колено на блоке В рукояткой С. Тогда, применяя формулу (6), получим

Зная начальное (атмосферное) давление и начальную температуру водорода и определив конечное давление водорода по формуле

где разность уровней ртути в коленах манометра, определяют конечную температуру водорода по формуле (6).

Закон Дальтона. Пусть в некотором объеме находится смесь газов (например, воздух), имеющая давление Удалим из объема все газы, кроме одного (например, азота). Тогда он займет весь объем (смеси) и будет иметь давление называемое парциальным давлением первого газа. Парциальным давлением газа, входящего в газовую смесь, называется давление, которое имел бы этот газ, если бы он один занимал весь объем, предоставленный смеси. Вновь заполнив объем смесью газов, удалим затем из объема все газы, кроме второго (например, кислорода). Тогда второй газ, заняв весь объем, приобретет давление являющееся его парциальным давлением. Проведя аналогичные операции со всеми остальными газами смеси, определим парциальные давления третьего газа четвертого газа

В 1801 г. английский физик и химик Дальтон установил соотношение между давлением газовой смеси и парциальными давлениями входящих в нее газов, получившее название закона Дальтона:

давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений входящих в нее газов:

Закон Авогадро. На основании опытов с различными газами итальянский ученый Авогадро установил в 1811 г. следующий закон, названный его именем:

при одинаковых температуре и давлении моли любых газов занимают одинаковые объемы.

При нормальных условиях этот объем составляет

books.alnam.ru

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 V0 — 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 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.

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.

studopedia.su

Газовые законы Черняева Елена Владимировна, учитель физики. — презентация

Презентация была опубликована 4 года назад пользователемТимофей Голованев

Похожие презентации

Презентация на тему: » Газовые законы Черняева Елена Владимировна, учитель физики.» — Транскрипт:

1 Газовые законы Черняева Елена Владимировна, учитель физики

2 в 1662 г. Р. Бойлем; в 1676 г. Э. Мариоттом Роберт Бойль Закон Бойля-Мариотта Эдм Мариотт Закон получен экспериментально

3 Закон Бойля-Мариотта При постоянной температуре давление данной массы газа обратно пропорционально его объёму. P 1 V 1 = P 2 V 2 В таком виде закон применяется при решении задач

4 Процесс перехода газа из одного состояния в другое при Т = const называется изотермическим График изотермического процесса называется изотермой. Закон Бойля-Мариотта

5 Закон Гей — Люссака Закон получен экспериментально Жозеф Луи Гей-Люссак в 1802 г.

6 Закон Гей — Люссака Объем данной массы газа при постоянном давлении прямопропорционален температуре. Объем данной массы газа при постоянном давлении прямопропорционален температуре. V 0 — объем, занимаемый газом при температуре 0 °С;

7 График изобарного процесса называется изобарой. Процесс перехода газа из одного состояния в другое при Р = const называется изобарическим (изобарным) Закон Гей — Люссака

8 Закон Шарля в 1787 г. Жак А ЛЕКСАНДР С ЕЗАР Шарль Закон получен экспериментально

9 Закон Шарля Р 0 — давление газа при температуре 0 °С; α – температурный коэффициент давления Давление данной массы газа при постоянном объёме прямопропорционально температуре. Давление данной массы газа при постоянном объёме прямопропорционально температуре.

10 Закон Шарля График изохорического процесса называется изохорой. Процесс перехода газа из одного состояния в другое при V = const называется изохорическим (изохорным)

11 Объединённый Газовый Закон Из уравнения Клапейрона можно получить любой газовый закон P 1 V 1 = P 2 V 2 Если Т1=Т2 Если V1=V2 Если P1=P2

12 Циклический процесс Процесс перехода газа из одного состояния в другие, когда конечное состояние совпадает с начальным

www.myshared.ru

Экспериментальные газовые законы. Уравнение Менделеева-Клапейрона

В молекулярно-кинетической теории поль­зуются идеализированной моделью идеаль­ного газа,согласно которой:

1) собственный объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда;

2) между молекулами газа отсутству­ют силы взаимодействия;

3) столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие.

Закон Бойля — Мариотта: для дан­ной массы газа при постоянной температу­ре произведение давления газа на его объем есть величина постоянная: pV = const при Т=const, m=const. изотермой. (Гиперболы)

Закон Гей-Люссака:1) объем дан­ной массы газа при постоянном давлении изменяется линейно с температурой: V=V0(1+at) при p = const, m = const; изобарным

2) давление данной массы газа при по­стоянном объеме изменяется линейно с температурой: p = p0(1+at) при V=const, m=const. изохорным

Закон Авогадро: моли любых газов при одинаковых температуре и давлении занимают одинаковые объемы. При нор­мальных условиях этот объем равен 22,41*10 -3 м 3 /моль. В одном моле различ­ных веществ содержится одно и то же число молекул, называемое постоянной Авогадро: nа = 6,022*10 23 моль -1 .

Закон Дальтона:давление смеси идеальных газов равно сумме парциаль­ных давлений входящих в нее газов, т. е. p=p1+p2+. + pn,

Уравнение Клапейрона — Менделеева. Между этими параметрами существует определенная связь, называемая уравне­нием состояния,которое в общем виде дается выражением f(р, V, Т)=0, где каждая из переменных является фун­кцией двух других.

pV/T =B=const. Выражение является уравнением Клапейрона,в котором В — газовая по­стоянная, различная для разных газов.

Согласно закону Авогадро, при одинаковых р и Т моли всех газов занимают одинаковый молярный объем Vm, поэтому постоянная В будет одинаковой для всех газов. Эта общая для всех газов постоянная обозначается R и называется молярной газовой посто­янной.Уравнению pVm = RT удовлетворяет лишь идеальный газ, и оно является уравнением состояния идеально­го газа,называемым также уравнением Клапейрона — Менделеева.

studopedia.org

Урок №2 (18.01.2006)
Экспериментальные газовые законы.

1. Краткое повторение прошлого урока.

Броуновское движение – в 1827 г. английский ботаник Р.Броун открыл, что частицы пыльцы, взвешенные в капле воды, непрерывно движутся. При этом он нашел, что:

1. Разные частицы (даже близко стоящие) движутся независимо.

2. С увеличением температуры интенсивность движения растет.

Далее мы решили рассмотреть движение частиц газа в прямоугольном ящике (простейший случай). Для этого мы ввели понятие идеального газа:

1. Все молекулы одинаковые и их размеры пренебрежимо малы.

2. Расстояния между молекулами во много раз превышают размеры молекул, и молекулы взаимодействуют только во время столкновений.

3. Молекулы движутся по законам классической механики (т.е. скорости молекул невелики, а размеры достаточно большие). Столкновения имеют характер упругого удара.

Для молекулы идеального газа можно из классической механики вывести соотношение:

,

где – давление, возникающее при упругих ударах молекулы о стенку ящика, – объем ящика, а – кинетическая энергия молекулы. Далее, полагая, что в ящике находится молекул, мы получили уравнение:

,

где – средняя кинетическая энергия молекул в ящике.

Кроме того мы обсудили принципиальную невозможность точного вычисления параметров системы для газа, т.к. в 1 см 3 воздуха содержится около 10 19 молекул, а точно решить систему уравнений для такого количества тел невозможно.

Итак, попробуем теперь понять, что же такое . Для этого обратимся к экспериментам и поймем, как себя ведет величина .

2. Экспериментальные газовые законы.

Закон Бойля-Мариотта (1661, Ричард Тоунли): – изотермический процесс (при ).

Закон Шарля (1787): или – изохорический процесс (при ).

Закон Гей-Люссака (1801, Джордж Дальтон): или – изобарический процесс (при ).

Здесь через обозначается температура в абсолютной системе единиц, т.е. в Кельвинах.

Из трех экспериментальных законов следует уравнение состояния идеального газа: . Действительно, возьмем газ при , переведём изотермически в , а далее изохорически в , где . Но , а , откуда следует, что .

3. Количество вещества: моль.

Закон Авогадро: если взять одинаковое количество молекул любого газа, то при одной и той же температуре и одном и том же давлении, любой газ будет занимать один и тот же объем.

Из этого и других экспериментальных законов следует, что термодинамические свойства вещества зависят не столько от массы, сколько от количества молекул вещества (раньше просто говорили «от количества вещества»). Т.к. количество молекул даже в небольшом объеме огромно, то количество вещества принято мерить не в молекулах, а в молях.

Итак: 1 моль – это количество структурных элементов вещества (атомов, молекул, доменов, ионов), равное количеству атомов в 12 г углерода-12.

Это не значит, что в 12 граммах содержится какое-то волшебное количество атомов – просто так сделано для удобства. Получается удобно переводить массы различных веществ в моли.

Авогадро нашел, что в 22,414 литра любого газа при нормальной температуре (0 ° C ) и атмосферном давлении (101 325 Па) содержится 6,02 × 10 23 молекул. Число это называется , а такое количество молекул – одним молем.

Что можно измерять в молях?

Масса одного моля вещества называется молярной массой (обозначается ).

4. Универсальная газовая постоянная. Уравнение Менделеева-Клайперона.

Для любого газа , где – одна и та же величина (в соответствии с законом Авогадро). .

Итак, в конечном итоге получаем:

5. Определение температуры.

Преобразуем ур-е Менделеева-Клайперона следующим образом:

, где – постоянная Больцмана, . Сравним уравнение Менделеева-Клайперона в этой форме с уравнением состояния идеального газа, полученного в МКТ:

.

Отсюда видно, что , т.е. температура пропорциональна средней кинетической энергии, приходящейся на одну частицу в состоянии термодинамического расширения.

www.ablov.ru

Популярное:

  • Бланк заявления иностранного гражданина по месту жительства Как составляется заявление иностранного гражданина или лица без гражданства о регистрации по месту жительства Житель другого государства, прибывший в РФ, должен подать в миграционную службу заявление иностранного гражданина или […]
  • Заявление в садик электронное Запись в детский сад: как пойти в садик через электронную запись? Запись в детский сад — процедура хлопотная и малоприятная. По крайней мере, так было до недавнего времени. Современные технологии призваны облегчить жизнь простым […]
  • Налог на капитальный ремонт кто не платит Что говорит закон об оплате за капитальный ремонт, есть ли льготы пенсионерам? Компенсация взносов - сколько должны платить пенсионеры? С начала 2016 года вступил в силу Федеральный Закон № 271 «О капитальном ремонте в […]
  • Объект преступления и предмет преступления понятие соотношение значение Понятие и значение объекта преступления. Классификация объектов. Предмет преступления. Потерпевший. Объектом преступления признаются общественные отношения, охраняемые уголовным законом, которым преступлением причиняется вред […]
  • Таблица штрафов гибдд 2018 страховка Новая таблица штрафов ПДД С начала 2018 года в российской дорожной системе появится множество корректировок, которые затронут и штрафы ПДД. Теперь всем участникам движения – автолюбителям и пешеходам – потребуется проявлять […]
  • За сколько работодатель должен предупреждать об увольнении Увольнение по собственному желанию Увольнение по собственному желанию (другими словами, по инициативе работника) - одно из самых распространенных оснований расторжения трудового договора. Инициатива прекращения трудовых […]
  • Элементы комбинаторики правила произведения Элементы комбинаторики правила произведения Большинство комбинаторных задач решается с помощью двух основных правил - правила суммы и правила произведения. Правило суммы. Если некоторый объект можно выбрать способами, а другой […]
  • Новые штрафы на такси Какой будет в 2018 штраф, если на такси нет лицензии Как известно, именно на малый бизнес во всем мире возлагают функцию основного движителя экономики. Россия в данном случае не является исключением. Правительство и законодатели […]