За да се изследва зависимостта на налягането върху температурата - няма нищо по-лесно ...

Изследване на физическите характеристики на газа

Историята на научните открития много често започва с факта, че "правилният" човек е бил на правилното място и в точното време. Така се случи и с изследването на газовете. Френският физик, химик, инженер Серге Шарл се интересува от аеронавтиката. В тази връзка беше необходимо да се изследва зависимостта на налягането от температурата на въздуха. Разбира се, топлината винаги е била първият инструмент на изследователите. Все пак, един мощен, лесно контролиран източник на енергия и винаги под ръка. Най-древният инструмент на познанието винаги е бил пробен камък, като "добре, добре, да видим какво ще се случи, когато е малко топло, а ако добавите" - и т.н.

И какво е намерил Шарл интересен в газовете? Нека да направим собствени проучвания. Вземем стъклената тръба, от едната страна тя е плътно затворена, а отвътре подреждаме буталото, което се плъзга по тръбата. След това ще инсталираме източник на топлинна енергия - обикновена спирачна лампа - и ще оборудваме лабораторната си стойка измерватели на температура и натиск - в крайна сметка зависимостта от налягането на температурата, която ще проучим. И така, нека започнем ...

Имаме известно количество газ в обема, ограничен от дъното на бутилката и буталото. Фиксираме буталото и загряваме пробния газ с алкохола. Нека запишем няколко стойности на налягането Pn и температурата на газа Tn. Анализирайки получените данни, виждаме, че зависимостта на налягането от температурата е пропорционална - тъй като температурата се увеличава, налягането също се увеличава. Обърнете внимание, че буталото е подложено на различно налягане: външността е атмосферна, а отвътре - от нагрятия газ. За следващия експеримент отстранете държача на буталото и вижте, че буталото ще се придвижи, за да изравни налягането. Но в същото време обемът на газа се променя и количеството (масата) остава същото. Оттук и заключението, постигнато от Чарлз: масата и обемът не се променят, налягането на газа е пряко пропорционално на температурата - непретенциозно и с вкус.

С други думи, при постоянен обем от нагряване, налягането се увеличава и при постоянно налягане, когато се нагрява, обемът се увеличава. За аеронавтиката това означава, че когато въздухът се нагрява от горелката, той се разширява и обемът му се увеличава, а обемът на топката не се увеличава. Следователно, излишният въздух напуска топката и вътре в нея остава въздушна маса по-малко от масата на същия обем въздух отвън. пожари закон на Архимед, и нищо не остава за топката, как да лети за радостта на обществеността.

Но най-забележителното заключение е, че налягането P и температурата Т са свързани помежду си чрез съотношението Р1 / Т1 = Р2 / Т2 = хелип - = Pn / Tn = CONST. Може да се каже по друг начин: P = k * T, където k е определена газова константа. Ако приложим тези отношения към единичните стойности на температурата, налягането и обема, можем да получим добре известни константи. Например, обемът на газа се увеличава с нагряване 1 градус на 1/273 от първоначалната стойност.

Разбира се, голям интерес предизвиква зависимостта на налягането от температурата на веществата по време на фазовите преходи, например течности в газ. Най-близкият обект за изследване от този вид е водата. Парата, която се образува над водната повърхност, е следствие от прехода на определен брой молекули от водата към външната среда. Това се възпрепятства от два фактора - силите повърхностно напрежение и външно налягане. Те могат да бъдат преодолени само от молекули с достатъчен енергиен потенциал - еквивалент на температура. Има два начина да постигнете този потенциал: можете да увеличите енергията на молекулите чрез нагряване на водата или да намалите противодействието на външното налягане. Първият метод се потвърждава от добре известен факт - загрятата вода се изпарява по-бързо, а втората - намалява енергийния праг на молекулите, напускащи "родителската" среда.

Нека да се върнем в нашата лабораторна инсталация. Пространството под буталото се напълва с вода, много малко, буквално 20-40 грама. Имайте предвид, че буталото трябва да се движи свободно и системата трябва да има клапан. Ако водата се нагрее, образуваната водна пара ще премести буталото и ще освободи "мястото си под слънцето". Пространството над буталото трябва да бъде свързано към източник на въздух с различно налягане, например да се монтира второ бутало с ръчно задействан прът. Сега можем да проучим зависимостта на температурата на парите от налягането. Придвижвайки буталото с пръта, променим външното налягане за първото бутало. Междинните данни са фиксирани. Правилно е да се фиксира температурата на парата в стационарно състояние, т.е. неизменен, поне за кратко, значение. Ако пренебрегнем топлообмен с околната среда, тогава поведението на парите не се различава много от поведението идеален газ.

Интересно е, че дори при такава примитивна настройка може да се наблюдава зависимостта точка на кипене от натиска. Спомнете си, че кипенето се нарича преход на течност в пара с образуването на мехурчета в целия обем на течността. по този начин фиксирайте кипенето много лесно. И тук, когато налягането се увеличава, температурата на кипене на течността се увеличава, което означава, че е лесно да се докаже невероятен трик за непознати - кипяща вода при температура само 80 градуса Целзий или, изглежда, противно на здравия разум, повече от 110 от един и същи градус по Целзий.

Така че, след като изучиха поведението на газа, пара под влиянието на топлинни източници върху веществото, в крайна сметка бяха създадени различни термични машини: парна машина, локомотив, локомотив, двигател с вътрешно горене. Много малко хора знаят, че първородният сред тях, разбира се, трябва да се счита за балон.