Закон Гей-Люссака. Изобара

Открытие газового закона Р. Бойлем и Э. Мариоттом для изотермических процес­сов побудило ученых искать другие функ­циональные зависимости макропараметров газов. В 1802 году французский ученый Ж. Л. Гей-Люссак, исследуя зависимость объе­ма газа от температуры при постоянном давлении, установил закон, названный со временем в его честь.

Жозеф Луи Гей-Люссак (1778—1850) — французский физик и химик, установил, что коэффициент расширения всех га­зов одинаковый; исследовал темпера­туру и влажность воздуха на высоте до 7 км, дважды поднимаясь в 1804 г. на воздушном шаре. Изобрел спиртометр, барометр и ряд других приборов.

Стеклянную трубку с резервуаром, в ко­тором был исследуемый газ, он помещал в нагреватель. Газ «закупоривался» маленькой капелькой ртути в трубке, размещенной го­ризонтально (рис. 1.8). Таким образом, дав­ление газа в резервуаре всегда равнялось атмосферному. Температура газа в резер­вуаре с помощью нагревателя изменялась от 0 до 100°С. Изменение объема газа от V₀ (при t₀ = 0) до V при неизменном давлении фиксировалось благодаря перемещению капель­ки ртути.

Рис. 1.8. Опыт Ж. Л. Гей-Люссака

Обобщив экспериментальные данные, Гей-Люссак установил, что с изменением температуры при постоянном давлении от­носительный объем данной массы газа из­меняется линейно.

На основании наблюдений он сформули­ровал утверждение, названное в его честь за­коном Гей-Люссака.

За­кон Гей-Люссака. При постоянном давлении относительное изменение объема газа данной массы прямо пропорционально изменению тем­пературы:

(V — V₀) / V₀ = αΔt,

где Δt — изменение температуры; V — объем газа при определенной температуре t.

После некоторых математических преобра­зований, закон Гей-Люссака можно записать также в виде:

V = V₀(1 + αΔt),

где V₀ — объем газа при температуре t₀.

Рис. 1.9. Изобары

Коэффициент пропорциональности α назы­вается температурным коэффициентом объем­ного расширения. Расчета показали, что все разреженные газы при нагревании на 1°C или 1 K изменяют свой объем приблизительно на 1 / 273 частицу от начального объема:

α = (V₁₀₀ — V₀) / (100K • V₀) ≈ 1 / 273 K^-1

Гей-Люссак доказал, что у всех газов температурный коэффи­циент объемного расширения одинаковый и равен 1 / 273 K^-1. Материал с сайта http://worldof.school

Рис. 1.11. Изобары

Термодинамический процесс, который про­исходит при постоянном давлении, назы­вается изобарным, а линии, изображающие его, — изобарами. На координатной плоскос­ти зависимости объема V от температуры t изобары будут иметь вид прямых, которые сходятся в одной точке (рис. 1.9). Их на­клон зависит от значения давления — изо­бара, которая отвечает большему давлению, проходит ниже изобары меньшего давления (p₁ < p₂).

Закон Гей-Люссака приобретет более простую форму, если его выразить через абсолютную температуру. По­скольку 1 + αt = 1 + (1 / 273) • (T — 273) = αТ, то

V = V₀αT.

Таким образом, при постоянном давлении объем данной массы газа прямо пропорцио­нальный абсолютной температуре.

За­кон Гей-Люссака утверждает, что в изобарном процессе отношение объемов данной массы газа в разных состояниях равно отношению абсолютных температур газа в этих состоя­ниях:

V₁ / V₂ = T₁ / T₂

Очевидно, что на координатных плоскос­тях pT  и pV изобарами являются прямые, перпендикулярные оси давления (рис. 1.11).

На этой странице материал по темам:

• При каких условиях изобары одного и того же газа могут иметь различный наклон

• Гей-люсак доклад

• Формулировка закона гей люссака и формулы

• Изобара формула

• Закон гей люсаака формула

Вопросы по этому материалу:

• В чем сущность опыта Гей-Люссака?

• Между какими физическими величинами устанавливает связь закон Гей-Люссака? В какой зависимости они находятся?

• Какое физическое содержание имеет коэффициент объемного расширения газов?

• Какой процесс называется изобарным?

• Какими линиями изображаются изобары на координатной плос­кости Vt.

• При каких условиях изобары одного и того же газа могут иметь разный наклон?

• Приведите разные формулировки закона Гей-Люссака.