Раздели на сайта
Избор на редакторите:
- Световно първенство по фигурно пързаляне резултати по танци
- Резултати от Световното първенство по фигурно пързаляне онлайн
- Време на световното първенство по хокей на лед
- Поредица: Политическо животно
- Спортен комплекс "Юбилейни"
- Международен турнир по фигурно пързаляне Минск Арена Ice Star Европейско първенство по фигурно пързаляне
- Световно първенство по хокей на лед за младежи
- График на шампионата по хокей на лед по Канал 1
- Къде и кога ще се проведе турнирът
- Руско първенство по фигурно пързаляне: има първи победители
Реклама
Зависимост на идеалния газ от обема. Основни закони на газовото състояние. Проверка на закона за гей Лусак |
Анотация:традиционно представяне на темата, допълнено с демонстрация на компютърен модел. От трите агрегатни състояния на материята най-простото е газообразното състояние. В газовете силите, действащи между молекулите, са малки и могат да бъдат пренебрегнати при определени условия. Извиква се газта идеален , ако: Размерът на молекулите може да бъде пренебрегнат, т.е. можете да мислите за молекулите като материални точки; Силите на взаимодействие между молекулите могат да бъдат пренебрегнати (потенциалната енергия на взаимодействие на молекулите е много по-малка от тяхната кинетична енергия); Ударите на молекулите помежду си и със стените на съда могат да се считат за абсолютно еластични. Реалните газове са близки по свойства до идеалните при: Условия, близки до нормалните условия (t = 0 0 C, p = 1,03 · 10 5 Pa); При високи температури. Законите, регулиращи поведението на идеалните газове, са били открити емпирично дълго време. И така, законът на Бойл-Марио е създаден през 17 век. Ще дадем формулировката на тези закони. Законът на Бойл - Мариота.Нека газът е в условия, при които температурата му се поддържа постоянна (такива условия се наричат изотермичен Тогава, за дадена маса газ, произведението на налягането и обема е постоянна стойност: Тази формула се нарича изотермно уравнение... Графично зависимостта на p от V за различни температури е показана на фигурата. Извиква се свойството на тялото да променя налягането с промяна в обема свиваемост... Ако обемът се промени при T = const, тогава свиваемостта се характеризира с изотермична свиваемосткоето се определя като относителната промяна в обема, предизвикваща промяна в налягането на единица. За идеален газ е лесно да се изчисли стойността му. От уравнението на изотермата получаваме: Знакът минус показва, че налягането намалява с увеличаване на обема. По този начин изотермичният коефициент на свиваемост на идеален газ е равен на реципрочното на неговото налягане. С увеличаване на налягането то намалява, тъй като колкото по-високо е налягането, толкова по-малко възможности има газът за по-нататъшно компресиране. Законът на Гей-Люсак.Нека газът е в условия, при които налягането му се поддържа постоянно (такива условия се наричат изобарен ). Те могат да бъдат направени чрез поставяне на газ в цилиндър, затворен от подвижно бутало. Тогава промяната в температурата на газа ще доведе до движение на буталото и промяна в обема. Налягането на газа ще остане постоянно. Освен това, за дадена маса газ, неговият обем ще бъде пропорционален на температурата: където V 0 - обем при температура t = 0 0 C, - коефициент на обемно разширениегазове. Той може да бъде представен във форма, подобна на фактора на свиваемост: Графично зависимостта на V от T за различни налягания е показана на фигурата. Преминавайки от температура в скалата на Целзий към абсолютна температура, законът на Гей - Люсак може да бъде записан като: Законът на Чарлз.Ако газът е при условия, при които обемът му остава постоянен ( изохорен условия), тогава за дадена маса газ налягането ще бъде пропорционално на температурата: където p 0 - налягане при температура t = 0 0 C, - съотношение на налягането... Той показва относителното увеличение на налягането на газа при нагряване с 1 0: Законът на Чарлз също може да бъде написан като: Законът на Авогадро:един мол от всеки идеален газ при еднаква температура и налягане заема същия обем. При нормални условия (t = 0 0 C, p = 1,03 · 10 5 Pa) този обем е равен на m -3 / mol. Нарича се броят на частиците, съдържащи се в 1 мол различни вещества. Константата на Авогадро : Лесно е да се изчисли броят n 0 частици в 1 m 3 при нормални условия: Този номер се нарича Номер на Лошмид. Законът на Далтън:налягането на смес от идеални газове е равно на сумата от парциалните налягания на включените в нея газове, т.е. където - частични налягания- налягането, което компонентите на сместа биха оказали, ако всеки от тях заемаше обем, равен на обема на сместа при една и съща температура. Уравнение на Клапейрон - Менделеев.От законите на идеалния газ можете да получите уравнение на състоянието свързващи T, p и V на идеален газ в равновесие. Това уравнение е получено за първи път от френския физик и инженер Б. Клапейрон и руските учени Д.И. Следователно Менделеев носи тяхното име. Нека определена маса газ заеме обем V 1, има налягане p 1 и е при температура T 1. Една и съща маса газ в различно състояние се характеризира с параметрите V 2, p 2, T 2 (виж фигурата). Преходът от състояние 1 в състояние 2 се извършва под формата на два процеса: изотермичен (1 - 1 ") и изохорен (1" - 2). За тези процеси можете да напишете законите на Бойл - Марио и Гей - Лусак: Елиминирайки p 1 "от уравненията, получаваме Тъй като състояния 1 и 2 са избрани произволно, последното уравнение може да бъде записано като: Това уравнение се нарича уравнението на Клапейрон , в която B е константа, която е различна за различните маси газове. Менделеев комбинира уравнението на Клапейрон със закона на Авогадро. Според закона на Авогадро 1 мол от всеки идеален газ с еднакви p и T заема еднакъв обем V m, така че константата B ще бъде еднаква за всички газове. Тази обща константа, обща за всички газове, се означава R и се нарича универсална газова константа... Тогава Това уравнение е идеално уравнение на състоянието на газа , което също се нарича Уравнение на Клапейрон - Менделеев . Числовата стойност на универсалната газова константа може да бъде определена чрез заместване на стойностите на p, T и V m в уравнението на Клапейрон - Менделеев при нормални условия: Уравнението Клапейрон - Менделеев може да бъде написано за всяка маса газ. За целта припомнете, че обемът на газ с маса m е свързан с обема на един мол по формулата V = (m / M) V m, където M е моларна маса на газа... Тогава уравнението на Клапейрон - Менделеев за газ с маса m ще има формата: където е броят на бенките. Уравнението на състоянието за идеален газ често се записва като Константа на Болцман : Въз основа на това уравнението на състоянието може да бъде представено като където е концентрацията на молекулите. От последното уравнение може да се види, че налягането на идеалния газ е право пропорционално на неговата температура и концентрация на молекули. Малка демонстрациязакони за идеален газ. След натискане на бутона "Да започваме"Ще видите коментарите на водещия за случващото се на екрана (черно) и описание на действията на компютъра, след като натиснете бутона "По-нататък"(Кафяв цвят). Когато компютърът е „зает“ (т.е. експериментът се изпълнява) този бутон е неактивен. Преминете към следващия кадър, само след като разберете резултата, получен в текущия опит. (Ако вашето възприятие не съвпада с коментарите на водещия, пишете!) Можете да се убедите в валидността на съществуващите закони за идеалния газ | През 17 - 19 век са формулирани експериментални закони на идеалните газове. Нека накратко да ги припомним. Идеални газови изопроцеси- процеси, при които един от параметрите остава непроменен. 1. Изохорен процес ... Законът на Чарлз. V = const. Изохорен процессе нарича процес, който възниква, когато постоянен обем V... Поведението на газа в този изохорен процес се подчинява Законът на Чарлз : При постоянен обем и постоянни стойности на масата на газа и неговата моларна маса, отношението на налягането на газа към неговата абсолютна температура остава постоянно: P / T= const. Графиката на изохорния процес на PV-диаграма се извиква изохора ... Полезно е да знаете графиката на изохорния процес на RT- и VT- диаграми (фиг. 1.6). Уравнение на Изохора: Където Р 0 - налягане при 0 ° С, α - температурен коефициент на налягане на газа, равен на 1/273 град -1. Графиката на тази зависимост от PT-диаграмата има формата, показан на фигура 1.7.
2. Изобарен процес. Законът на гей Лусак. R= const. Изобарен процес е процес, който протича при постоянно налягане P ... Поведението на газа по време на изобарен процес се подчинява закона на Гей-Люсак: При постоянно налягане и постоянни стойности на масата и газа и неговата моларна маса съотношението на обема на газа към абсолютната му температура остава постоянно: V / T= const. Графиката на изобарен процес на VT-диаграма се извиква изобарен ... Полезно е да знаете графиките на изобарния процес на PV- и PT- диаграми (фиг. 1.8).
Уравнение на Изобар: Където α = 1/273 ° -1 - температурен коефициент на обемно разширение... Графиката на тази зависимост от Vtдиаграмата има формата, показан на фигура 1.9.
3. Изотермичен процес. Законът на Бойл - Мариота. T= const. Изотермиченпроцес е процес, който възниква, когато постоянна температура T. Поведението на идеалния газ в изотермичен процес се подчинява Законът на Бойл - Мариот: При постоянна температура и постоянни стойности на масата на газа и неговата моларна маса произведението на обема на газа от неговото налягане остава постоянно: PV= const. Графиката на изотермичния процес на PV-диаграма се извиква изотерма ... Полезно е да знаете графиките на изотермичния процес на VT- и PT- диаграми (фиг. 1.10).
Уравнение на изотермата:
4. Адиабатен процес(изентропно): Адиабатичният процес е термодинамичен процес, който протича без топлообмен с околната среда. 5. Политропен процес.Процесът, при който топлинният капацитет на даден газ остава постоянен.Политропният процес е общ случай на всички горепосочени процеси. 6. Законът на Авогадро.При едно и също налягане и еднакви температури, еднакви обеми от различни идеални газове съдържат еднакъв брой молекули. Един мол от различни вещества съдържа N A= 6,02 10 23 молекули (числото на Авогадро). 7. Законът на Далтън.Налягането на смес от идеални газове е равно на сумата от парциалните налягания P на включените в нея газове:
Парциално налягане Pn е налягането, което даден газ би упражнил, ако той сам заема целия обем. Кога , налягането на газовата смес. |
При много ниски температури, когато газът се приближава до състоянието на втечняване, както и в случай на силно компресирани газове, законът на Чарлз не е приложим. Съвпадението на коефициентите и включени в закона на Чарлз и закона на Гей-Люсак не е случайно. Тъй като газовете се подчиняват на закона на Бойл-Марио при постоянна температура, тогава и трябва да са равни помежду си.
Заместете стойността на температурния коефициент на налягане във формулата за температурната зависимост на налягането:
Количеството ( 273+ T) може да се разглежда като температурна стойност, измерена по нова температурна скала, чиято единица е същата като тази на скалата на Целзий, и точка, разположена на 273 под точката, приета за нула от скалата на Целзий, т.е. топене на лед, се приема за нула ... Нулата от тази нова скала се нарича абсолютна нула. Тази нова скала се нарича термодинамична температурна скала, където T T+273 .
Тогава с постоянен обем е валиден законът на Чарлз:
цел на работата
Проверка на закона на Чарлз
Задачи, които трябва да бъдат решени
Определяне на зависимостта на налягането на газа от температурата при постоянен обем
Определяне на абсолютната температурна скала чрез екстраполация към ниски температури
Техника за безопасност
Внимание: в работата се използва стъкло.
Бъдете изключително внимателни, когато работите с газов термометър; стъклен съд и мерителна чаша.
Бъдете изключително внимателни, когато работите с гореща вода.
Експериментална настройка
Устройства и аксесоари
Газов термометър
Мобилна лаборатория CASSY
Термодвойка
Електрическа нагревателна плоча
Стъклена чаша
Стъклен съд
Ръчна вакуумна помпа
При изпомпване на въздух при стайна температура с помощта на ръчна помпа се създава налягане върху въздушната колона p0 + p, където R 0 - външно налягане. Капка живак също оказва натиск върху въздушната колона:
В този експеримент този закон се потвърждава с помощта на газов термометър. Термометърът се поставя във вода с температура около 90 ° C и тази система постепенно се охлажда. Чрез отвеждане на въздуха от газовия термометър с помощта на ръчна вакуумна помпа се поддържа постоянен обем на въздуха по време на охлаждане.
Работна поръчка
Отворете щепсела на газовия термометър, свържете ръчната вакуумна помпа към термометъра.
Завъртете внимателно термометъра, както е показано вляво на фиг. 2 и евакуирайте въздуха от него с помощта на помпа, така че капка живак да е в точка а) (виж фиг. 2).
След като капка живак се събере в точка а), завъртете термометъра с дупката нагоре и освободете издухания въздух с дръжката б) върху помпата (вижте фиг. 2), внимателно, за да не се раздели живакът на няколко капчици .
Загрейте вода в стъклен съд върху котлон до 90 ° C.
Изсипете гореща вода в стъклен съд.
Поставете газовия термометър в съда, като го прикрепите към статива.
Поставете термодвойката във вода, тази система постепенно се охлажда. Изсмуквайки въздуха от газов термометър с помощта на ръчна вакуумна помпа, вие поддържате постоянна колона въздух през целия процес на охлаждане.
Отчетете манометъра Rи температура T.
Начертайте зависимостта на общото налягане на газа стр 0 +стр+стр Hg от температура в около C.
Продължете графиката до пресечната точка с абсцисата. Определете температурата на пресичане, обяснете резултатите.
Определете температурния коефициент на налягане от наклона.
Изчислете зависимостта на налягането от температурата при постоянен обем съгласно закона на Чарлз и изградете графика. Сравнете теоретичните и експерименталните връзки.
Въведение
Състоянието на идеалния газ е напълно описано чрез измерими величини: налягане, температура, обем. Връзката между тези три величини се определя от основния закон за газа:
цел на работата
Правен тест на Бойл-Мариот.
Задачи, които трябва да бъдат решени
Измерване на въздушното налягане в спринцовка с промяна в обема, като се има предвид, че температурата на газа е постоянна.
Експериментална настройка
Устройства и аксесоари
Манометър
Ръчна вакуумна помпа
В този експеримент законът на Бойл-Марио се потвърждава с помощта на настройката, показана на фигура 1. Обемът на въздуха в спринцовката се определя, както следва:
където p 0 е атмосферно налягане, а p е налягането, измерено с манометър.
Работна поръчка
Поставете буталото на спринцовката на отметката от 50 ml.
Натиснете плътно свободния край на свързващия маркуч на ръчната вакуумна помпа към изхода на спринцовката.
Докато удължавате буталото, увеличете обема на стъпки от 5 ml, отчетете показанията на манометъра на черната скала.
За да се определи налягането под буталото, е необходимо да се извадят показанията на монометъра, изразени в паскали, от атмосферното налягане. Атмосферното налягане е приблизително 1 бара, което съответства на 100 000 Pa.
Наличието на въздух в свързващия маркуч трябва да се вземе предвид при оценяване на резултатите от измерването. За да направите това, измерете и изчислете обема на свързващия маркуч, като измерите дължината на маркуча с рулетка и диаметъра на маркуча с дебеломер, като се вземе предвид, че дебелината на стената е 1,5 мм.
Нанесете измерения обем на въздуха спрямо налягането.
Изчислете зависимостта на обема от налягането при постоянна температура съгласно закона на Бойл-Марио и изградете графика.
Сравнете теоретичните и експерименталните връзки.
2133. Зависимост на налягането на газа от температурата при постоянен обем (закон на Чарлз)
Въведение
Нека разгледаме зависимостта на налягането на газа от температурата, при условие че обемът на определена маса газ остава непроменен. Тези изследвания са проведени за първи път през 1787 г. от Жак Александър Цезар Шарл (1746-1823). Газът се загрява в голяма колба, свързана с живачен манометър под формата на тясна извита тръба. Пренебрегвайки незначителното увеличение на обема на колбата при нагряване и лекото изменение на обема, когато живакът се измести в тръба с тесен габарит. По този начин обемът на газа може да се счита за непроменен. Чрез нагряване на водата в съда, заобикалящ колбата, температурата на газа се измерва с термометър T, и съответното налягане R- според манометъра. След пълнене на съда с топящ се лед се определя налягането R относно, и съответната температура T относно... Установено е, че ако при 0 С налягането R относно , тогава при нагряване с 1 C нарастването на налягането ще бъде в R относно... Количеството има еднаква стойност (по-точно почти еднаква) за всички газове, а именно 1/273 C -1. Количеството се нарича температурен коефициент на налягане.
Законът на Чарлз дава възможност да се изчисли налягането на газ при всякаква температура, ако налягането му е известно при температура 0 of C. Нека налягането на дадена маса газ при 0 C в даден обем стр o, и налягането на същия газ при температура Tстр... Температурата се променя с T, а налягането се променя с R относно Tслед това налягането Rпо равно:
При много ниски температури, когато газът се приближава до състоянието на втечняване, както и в случай на силно компресирани газове, законът на Чарлз не е приложим. Съвпадението на коефициентите и включени в закона на Чарлз и закона на Гей-Люсак не е случайно. Тъй като газовете се подчиняват на закона на Бойл-Марио при постоянна температура, тогава и трябва да са равни помежду си.
Заместете стойността на температурния коефициент на налягане във формулата за температурната зависимост на налягането:
Количеството ( 273+ T) може да се разглежда като температурна стойност, измерена по нова температурна скала, чиято единица е същата като тази на скалата на Целзий, и точка, разположена на 273 под точката, приета за нула от скалата на Целзий, т.е. топене на лед, се приема за нула ... Нулата от тази нова скала се нарича абсолютна нула. Тази нова скала се нарича термодинамична температурна скала, където T T+273 .
Тогава с постоянен обем е валиден законът на Чарлз:
цел на работата
Проверка на закона на Чарлз
Задачи, които трябва да бъдат решени
Определяне на зависимостта на налягането на газа от температурата при постоянен обем
Определяне на абсолютната температурна скала чрез екстраполация към ниски температури
Техника за безопасност
Внимание: в работата се използва стъкло.
Бъдете изключително внимателни, когато работите с газов термометър; стъклен съд и мерителна чаша.
Бъдете изключително внимателни, когато работите с гореща вода.
Експериментална настройка
Устройства и аксесоари
Газов термометър
Мобилна лаборатория CASSY
Термодвойка
Електрическа нагревателна плоча
Стъклена чаша
Стъклен съд
Ръчна вакуумна помпа
При изпомпване на въздух при стайна температура с помощта на ръчна помпа се създава налягане върху въздушната колона p0 + p, където R 0 - външно налягане. Капка живак също оказва натиск върху въздушната колона:
В този експеримент този закон се потвърждава с помощта на газов термометър. Термометърът се поставя във вода с температура около 90 ° C и тази система постепенно се охлажда. Чрез отвеждане на въздуха от газовия термометър с помощта на ръчна вакуумна помпа се поддържа постоянен обем на въздуха по време на охлаждане.
Работна поръчка
Отворете щепсела на газовия термометър, свържете ръчната вакуумна помпа към термометъра.
Завъртете внимателно термометъра, както е показано вляво на фиг. 2 и евакуирайте въздуха от него с помощта на помпа, така че капка живак да е в точка а) (виж фиг. 2).
След като капка живак се събере в точка а), завъртете термометъра с дупката нагоре и освободете издухания въздух с дръжката б) върху помпата (вижте фиг. 2), внимателно, за да не се раздели живакът на няколко капчици .
Загрейте вода в стъклен съд върху котлон до 90 ° C.
Изсипете гореща вода в стъклен съд.
Поставете газовия термометър в съда, като го прикрепите към статива.
Поставете термодвойката във вода, тази система постепенно се охлажда. Изсмуквайки въздуха от газов термометър с помощта на ръчна вакуумна помпа, вие поддържате постоянна колона въздух през целия процес на охлаждане.
Отчетете манометъра Rи температура T.
Начертайте зависимостта на общото налягане на газа стр 0 +стр+стр Hg от температура в около C.
Продължете графиката до пресечната точка с абсцисата. Определете температурата на пресичане, обяснете резултатите.
Определете температурния коефициент на налягане от наклона.
Изчислете зависимостта на налягането от температурата при постоянен обем съгласно закона на Чарлз и изградете графика. Сравнете теоретичните и експерименталните връзки.
Популярен:
Ново
- Убийството на Гиви: как загина един от лидерите на ДНР В Донецк терористи взривиха командира на подразделението "Сомалия"
- Игор Стрелков: в контакт
- Възраст на Карпатите. Къде се намират Карпатите? Държава, характеристики и интересни факти. Безопасност и правила за поведение
- В коя държава е фиордът
- Един ден в австрийската провинция
- Какво да видите в Рига след три дни
- Пътеводител за Каймановите острови Къде са Каймановите острови
- Колко скъпо е да посетите Брюксел и какво да видите там?
- Най-голямата катедрала в света: Нотр Дам дьо ла Пей Марсилия notre Dame
- Какво да видите в Брюксел за един ден