Закон Бойля-Мариотта. Газовые законы. Изотерма

Учеными, изучающими термодинамиче­ские системы, было установлено, что из­менение одного макропараметра системы ве­дет к изменению остальных. Например, по­вышение давления внутри резинового шари­ка при его нагревании вызывает увеличение его объема; повышение температуры твердо­го тела ведет к увеличению его размеров и т. п.

Эти зависимости могут быть довольно сложными. Поэтому сначала рассмотрим су­ществующие связи между макропараметра­ми на примере простейших термодинами­ческих систем, например для разреженных газов. Экспериментально установленные для них функциональные зависимости между фи­зическими величинами называют газовыми законами.

Роберт Бойль

Роберт Бойль (1627—1691). Известный английский физик и химик, который исследовал свойства воздуха (масса и упругость воздуха, степень его разре­женности). На опыте показал, что тем­пература кипения воды зависит от дав­ления окружающей среды. Изучал так­же упругость твердых тел, гидростатику, световые и электрические явления, впе­рвые высказал мнение о сложном спек­тре белого света. Ввел понятие «хими­ческий элемент».

Рис. 1.5. Опыт Р. Бойля

Первый газовый закон был открыт анг­лийским ученым Р. Бойлем в 1662 г. при исследовании упругости воздуха. Он взял длинную согнутую стеклянную трубку, за­паянную с одного конца, и начал наливать в нее ртуть до тех пор, пока в коротком колене не образовался небольшой закрытый объем воздуха (рис. 1.5). Затем доливал ртуть в длинное колено, изучая зависимость между объемом воздуха в запаянном конце трубки и давлением, созданным ртутью в левом колене. Предположение ученого о том, что между ними существует опреде­ленная зависимость, подтвердилось. Срав­нивая полученные результаты, Бойль сформу­лировал следующее положение:

между дав­лением и объемом данной массы газа при постоянной температуре существует обратная зависимость: p ~ 1 / V.

Эдм Мариотт

Эдм Мариотт (1620—1684). Француз­ский физик, изучавший свойства жид­костей и газов, столкновения упругих тел, колебания маятника, естественные оптические явления. Установил зави­симость между давлением и объемом газов при постоянной температуре и объяснил на ее основании разные при­менения, в частности, как найти высоту местности по показаниям барометра. До­казал увеличение объема воды при ее замерзании.

Немного позже, в 1676 году француз­ский ученый Э. Мариотт независимо от Р. Бойля обобщенно сформулировал газо­вый закон, который теперь называют законом Бойля-Мариотта. По его утверждению, если при определенной температуре данная масса газа занимает объем V₁ при давлении p₁, а в другом состоянии при этой же температуре его давление и объем рав­няются p₂ и V₂, то справедливо соотно­шение:

p₁ / p₂ = V₂ / V₁ или p₁V₁ = p₂V₂.

Закон Бойля-Мариотта: если при постоянной темпе­ратуре происходит термодинамический про­цесс, вследствие которого газ переходит из одного состояния (p₁ и V₁) в другое (p2и V₂), то произведение давления на объем данной массы газа при постоянной температуре яв­ляется постоянным:

pV = const. Материал с сайта http://worldof.school

Термодинамический процесс, который про­исходит при постоянной температуре, на­зывается изотермическим (от гр. isos — рав­ный, therme — теплота). Графически на коор­динатной плоскости pV он изображается гиперболой, которая называется изотермой (рис. 1.6). Разным температурам отвечают разные изотермы — чем выше температура, тем выше на координатной плоскости pV находится гипербола (T₂>T₁). Очевидно, что на координатной плоскости рТ и VT изо­термы изображаются прямыми, перпендику­лярными оси температур.

Закон Бойля-Мариотта устанав­ливает соотношение между дав­лением и объемом газа для изотермических процессов: при постоянной температуре объем V данной массы газа обратно пропорциональный его давлению p.

Рис. 1.6. Изотермы

На этой странице материал по темам:

• История создания закона бойля мариотта

• Между какими макропараметрами уст взаимосвязь закон бойля—мариотта

• Между какими параметрами установлена взаимосвязь в законе бойля мариотта

• Эдм мариотт изучил оптический феномен

• Сформулировать закон бойля-мариотта и начертить изотермы в координатных осях

Вопросы по этому материалу:

• В чем сущность опыта Р. Бойля?

• Между какими макропараметрами устанавливает взаимосвязь закон Бойля—Мариотта?

• Сформулируйте закон Бойля—Мариотта.

• Какой процесс называется изотермическим?

• Какими линиями изображается изотерма на разных коорди­натных плоскостях?