что такое газовые законы

Содержание:

Газовые законы:

С помощью уравнения состояния идеального газа можно исследовать процессы, при которых сохраняются постоянными масса газа и один из его макроскопических параметров.

Газовыми законами называются законы, определяющие количественную зависимость между двумя макроскопическими параметрами газа данной массы

Закон Бойля-Мариотта

Этот закон был определен в 1662 году английским физиком Робертом Бойлем (1627-1691) и в 1676 году французским физиком Эдом Мариоттом (1620-1684).

Для данной массы газа при неизменной температуре произведение давления газа на его объем постоянно

Для данной массы газа при неизменной температуре произведение давления начального состояния на его первоначальный объем равно произведению значений этих параметров и произвольного состояния:

Изотермическим называется процесс изменения состояния данной массы идеального газа при постоянной температуре В изотермическом процессе давление газа и его объем обратно пропорциональны друг другу (b).

Закон Гей-Люссака

Этот закон был экспериментально установлен в 1802 году французским физиком Джозефом Луи Гей-Люссаком (1778-1850).

Для данной массы газа при неизменном давлении отношение объема газа к его абсолютной температуре постоянно

При неизменном давлении отношение первоначального объема газа к его первоначальной температуре равно отношению параметров к в произвольном состоянии:

Закон Гей-Люссака можно выразить и так:

Для данной массы идеального газа при неизменном давлении относительное

Где -объем идеального газа при постоянном давлении при температуре 0°С, -объем конечного состояния, — коэффициент объемного расширения. Опыты показывают, что при нагревании любого разряженного газа на при постоянном давлении, его объем увеличивается приблизительно на часть объема первоначального состояния:

Изобарным называют процесс изменения состояния данной массы идеального газа при постоянном давлении (с). При изобарном процессе объем данной массы газа прямо пропорционален его температуре.

Закон Шарля

Этот закон экспериментально определил в 1787 году французский физик Шарль Жак Александр Сезар (1746-1823):

Для данной массы газа при постоянном объеме отношение давления газа к его абсолютной температуре остается неизменным

Отношение первоначального давления газа к его температуре равно отношению параметров к в произвольном состоянии:

Закон Шарля можно выразить и так:

Для данной массы идеального газа при неизменном объеме относительное изменение давления прямо пропорционально изменению температуры

Где — давление начального состояния идеального газа (при температуре — давление конечного состояния (при температуре — коэффициент изменения давления. Из опытов было определено, что при нагревании любого разряженного газа на при постоянном объеме, его давление увеличивается приблизительно на часть давления первоначального состояния:

Изохорным называется процесс изменения состояния данной массы идеального газа при постоянном объеме (d). При изохорном процессе давление данной массы газа прямо пропорционально его температуре.

Закон Дальтона

Этот закон в 1801 году установил английский исследователь Джон Дальтон (1766-1844):

Давление смеси химически не взаимодействующих идеальных газов равно сумме парциальных давлений этих газов:

Парциальное давление — это давление отдельно взятого газа из газовой смеси.

Закон Авогадро

Этот закон, как предположение, был выдвинут в 1811 году итальянским физиком Амедео Авогадро (1776-1856). В последующем это предположение было подтверждено многочислеными опытами.

В равных объемах различных газов, взятых при одинаковых температурах и давлении, содержится одинаковое число молекул. Например, число молекул в 1 моле произвольного газа равно: При нормальных условиях объём 1 моля газа равен 22,4 л (л/моль). Этот объём называют молярным объёмом идеального газа.

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Источник

Что такое газовые законы

Уравнение состояния идеального газа определяет связь температуры, объема и давления тел.

Уравнение Менделеева-Клапейрона (уравнение состояния идеального газа)

— универсальная газовая постоянная, R = kN_A

Уравнение Клапейрона (объединенный газовый закон)

Частными случаями уравнения являются газовые законы, описывающие изопроцессы в идеальных газах, т.е. процессы, при которых один из макропараметров (T, P, V) в закрытой изолированной системе постоянный.

Количественные зависимости между двумя параметрами газа одной и той же массы при неизменном значении третьего параметра называют газовыми законами.

Газовые законы

Первый газовый закон был открыт английским ученым Р. Бойлем (1627—1691) в 1660 г. Работа Бойля называлась «Новые эксперименты, касающиеся воздушной пружины». И действительно, газ ведет себя подобно сжатой пружине, в этом можно убедиться, сжимая воздух в обычном велосипедном насосе.

Бойль изучал изменение давления газа в зависимости от объема при постоянной температуре. Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянной температуре называют изотермическим (от греческих слов isos — равный, therme — тепло).

Независимо от Бойля несколько позднее французский ученый Э. Мариотт (1620—1684) пришел к тем же выводам. Поэтому найденный закон получил название закона Бойля—Мариотта.

Произведение давления газа данной массы на его объем постоянно, если температура не меняется

Закон Гей-Люссака

Сообщение об открытии еще одного газового закона было опубликовано лишь в 1802 г., спустя почти 150 лет после открытия закона Бойля—Мариотта. Закон, определяющий зависимость объема газа от температуры при постоянном давлении (и неизменной массе), был установлен французским ученым Гей-Люссаком (1778— 1850).

Относительное изменение объема газа данной массы при постоянном давлении прямо пропорционально изменению температуры

Закон Шарля

Зависимость давления газа от температуры при постоянном объеме экспериментально установил французский физик Ж. Шарль (1746—1823) в 1787 г.

Ж. Шарль в 1787 г., т. е. раньше, чем Гей-Люссак, установил и зависимость объема от температуры при постоянном давлении, но он своевременно не опубликовал своих работ.

Давление данной массы газа при постоянном объеме прямо пропорционально абсолютной температуре.

Закон Бойля-Мариотта – изотермическ ий процесс

Для данной массы газа произведение давления на объем постоянно, если температура не меняется

Закон Гей-Люссака – изобарный процесс

Для данной массы газа отношение объема к температуре постоянно, если давление не меняется

Закон Шарля –
изохорный процесс

Для данной массы газа отношение давления к температуре постоянно, если объем не меняется

Источник

Газовые законы

Урок 30. Физика 10 класс ФГОС

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Газовые законы»

На прошлом уроке мы с вами познакомились с уравнением состояния идеального газа — уравнением Клайперона — Менделеева, которое связывает макропараметры газа в состоянии теплового равновесия. Это уравнение справедливо для любой массы газа и связывает между собой параметры одного его состояния. Использование уравнения Клайперона — Менделеева позволяет описать различные процессы, происходящие в идеальном газе, в которых масса газа, его химический состав и один из трёх макропараметров остаются неизменными. Процессы, протекающие при фиксированном значении одно из макропараметров, называют изопроцессами (с греческого, изос (ἴσος) переводиться как ‘равный’, ‘одинаковый’).

А количественные зависимости между двумя параметрами газа при неизменном значении третьего называют газовыми законами. Интересно, но открыты газовые законы были задолго до создания молекулярно-кинетической теории идеального газа.

Самым первым из изопроцессов в газе был изучен процесс при постоянной температуре. Он получил название изотермический (с греческого те́рми (θέρμη) переводиться, как ‘теплота‘). В 1662 году английский учёный Роберт Бойль и независимо от него в 1676 году француз Эдм Мариотт установили, что при постоянной температуре, неизменной массе и неизменном химическом составе газа произведение давления на объём есть величина постоянная:

И действительно, если масса идеального газа, его молярная масса и температура не изменяются, а универсальная газовая постоянная и так постоянная величина, то правая часть уравнения Клапейрона — Менделеева будет являться константой.

Справедливость закона Бойля — Мариотта можно проверить на таком опыте. Возьмём герметичный гофрированный сосуд, соединённый с манометром. Винт, находящийся в верхней части сосуда, позволяет менять его объём, который измеряется при помощи линейки. А постоянство температуры газа в сосуде будем поддерживать при помощи термостата (устройство, для поддержания постоянной температуры). В качестве термостата будем использовать обычную воду, так как у неё достаточно высокая удельная теплоёмкость.

Теперь при помощи винта уменьшим объём газа в сосуде, тем самым увеличив его давление и немного подождём, чтобы система пришла в равновесное состояние. Равновесным называется такое состояние системы, при котором температура и давление во всех точках объёма одинаковы. А процесс, при котором все промежуточные состояния газа являются равновесными, называют равновесным процессом.

Как видим, несмотря на то, что объём и давление газа изменились, их произведение осталось таким же, как и в начальном состоянии.

Опыты показали, что реальные газы подчиняются закону Бойля — Мариотта тем точнее, чем меньше их плотность. Однако при значительном увеличении давления (в несколько сот раз больше атмосферного) этот закон перестаёт выполняться.

Для наглядного изображения изменений состояния газа при изотермическом процессе удобно использовать так называемую p — V-диаграмму, на которой по оси абсцисс откладываются значения объёма, а по оси ординат — давления.

График зависимости давления газа от объёма при постоянной температуре называется изотермой. Она представляет собой гиперболу, так как из закона Бойля—Мариотта следует, что давление газа обратно пропорционально температуре. При этом, чем больше температура газа, тем выше будет лежать изотерма.

В 1787 году французский учёный Жак Шарль занялся изучением процесса изменения состояния газа при постоянном объёме. Такой процесс называется изохорным (от греческого хо́рос (χώρος) — ‘место’). Рассмотрим упрощённую схему опытов Шарля. Вот у нас есть колба с воздухом, которая соединена с манометром и находится в тепловом равновесии с жидкостью в сосуде. Начнём нагревать жидкость. Не трудно заметить, что с ростом температуры давление воздуха в колбе увеличивается.

Если же прекратить нагрев воды в сосуде, то её температура начнёт падать и, как следствие, начнёт уменьшаться давление газа в колбе. Объяснить эту зависимость можно на основании уравнения Клайперона — Менделеева:

Соберём изменяющиеся в ходе опыта величины в одной части уравнения, а все константы — в другой:

Отсюда вытекает закон, экспериментально установленный Шарлем: если при переходе из начального состояния в конечное масса и молярная масса газа не изменяются, то отношение давление газа к температуре остаётся постоянным:

В координатах рТ график изохорного процесса для идеального газа, масса и молярная масса которого постоянны, представляет собой прямую линию, продолжение которой проходит через начало координат. Эту линию называют изохорой.

Обратите внимание на то, что все изохоры сходятся в точке нулевого значения температуры, но изображены они там пунктирными линиями. Дело в том, что при низких температурах все газы начинают существенно отличаться от модели «идеальный газ» и при уменьшении температуры превращаются в жидкости.

Естественно, что разным объёмам соответствуют разные изохоры. Давайте проведём на графике произвольную изотерму. Не трудно заметить, что с ростом объёма газа при постоянной температуре давление его, согласно закону Бойля— Мариотта, падает. Поэтому изохора, соответствующая большему объёму, лежит ниже изохоры, соответствующей меньшему объёму.

И нам осталось ещё изучить процесс, протекающий при постоянном давлении. Он называется изобарным процессом (от греческого ба́рос (βάρος) — ‘тяжесть‘). Впервые он был рассмотрен в 1802 году французским учёным Жозефом Гей-Люссаком. В ходе серии опытов учёный установил, что если при переходе из начального состояния в конечное масса газа и его химический состав не изменяются, то отношение объёма газа к температуре остаётся постоянным:

И несмотря на то, что закон Гей-Люссака был открыт экспериментальным путём, он достаточно просто выводится из уравнения состояния идеального газа:

Справедливость закона Гей-Люссака можно проверить на таком опыте. Возьмём сосуд, наполненный жидкостью, которая находится в тепловом равновесии с тонкой трубкой, заполненной воздухом, запертым столбиком масла. При увеличении температуры жидкости объём воздуха, находящегося в трубке под столбиком масла, возрастает. А при уменьшении температуры — уменьшается.

Поскольку при постоянном давлении объём газа пропорционален температуре, то график зависимости объёма газа от температуры представляет собой прямую линию, продолжение которой проходит через начало координат. Эту линию называют изобарой. Проведём на рисунке произвольную изотерму. Теперь вспомним, что согласно закону Бойля — Мариотта с ростом давления объём газа уменьшается. Поэтому изобара, соответствующая более высокому давлению, лежит ниже изобары, соответствующей более низкому давлению.

Как и в случае изохорного процесса, изобара реального газа не может быть продлена до нулевого значения температуры.

Источник

Физика. 10 класс

Конспект урока

Урок 20. Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

2) закон Дальтона, парциальное давление, закон Авогадро;

3) газовые законы и границы их применимости;

4) графики изохорного, изобарного и изотермического процесса;

5) определение по графикам характера процессов и макропараметров идеального газа;

6) применение модели идеального газа для описания поведения реальных газов.

Уравнение, связывающее три макроскопических параметра давление, объём и температура, называют уравнением состояния идеального газа.

Парциальное давление – давление отдельно взятого компонента газовой смеси, равно давлению, которое он будет оказывать, если занимает весь объем при той же температуре.

Количественные зависимости между двумя параметрами газа при фиксированном значении третьего параметра называют газовыми законами (изопроцессами).

Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянной температуре называют изотермическим.

Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянном давлении называют изобарным.

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объеме называют изохорным.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика. 10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 209 – 218.

Открытые электронные ресурсы по теме урока:

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Уравнение Клапейрона при m = const: отношение произведения давления и объёма к температуре есть величина постоянная для постоянной массы газа:

Если изменяется какой-либо макроскопический параметр газа постоянной массы, то два других параметра изменятся таким образом, чтобы указанное соотношение осталось постоянным.

Отношение произведения давления и объёма к температуре равно универсальной газовой постоянной для одного моля идеального газа.

Уравнение Менделеева при v = 1 моль

Произведение постоянной Больцмана и постоянной Авогадро называется универсальной газовой постоянной.

— уравнение состояния идеального газа.

Уравнение состояния идеального газа получило название «уравнение Менделеева-Клапейрона».

Давление смеси химически невзаимодействующих газов равно сумме их парциальных давлений: закон Дальтона.

где p_i– парциальное давление i-й компоненты смеси.

Парциальное давление – давление отдельно взятого компонента газовой смеси, равное давлению, которое он будет оказывать, если занимает весь объём при той же температуре.

Один моль любого газа при нормальных условиях занимает один и тот же объём равный:

V₀=0,0224м 3 /моль=22,4дм 3 /моль.

Это утверждение называется законом Авогадро

Количественные зависимости между двумя параметрами газа при фиксированном значении третьего параметра называют газовыми законами (изопроцессами).

Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянной температуре называют изотермическим.

Изотерма соответствующая более высокой температуре T₁, лежит на графике выше изотермы, соответствующей более низкой температуре T₂.

Если значения давления и температуры в различных точках объёма разные, то в этом случае газ находится в неравновесном состоянии.

Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянном давлении называют изобарным.

Для газа данной массы отношение объема к температуре постоянно, если давление не изменяется — закон Гей-Люссака.

Изобара соответствующая более высокому давлению p₂ лежит на графике ниже изобары соответствующей более низкому давлению p₁.

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объеме называют изохорным.

Изохора соответствующая большему объему V₂ лежит ниже изохоры, соответствующей меньшему объему V₁.

Примеры и разбор решения заданий

1. Установите соответствие между физическими величинами и приборами для их измерения. К каждой позиции первого столбца подберите нужную позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Источник

• ← Чего ждать если ждешь ребенка
• чем заменить к157уд2 в предусилителе →