Dépendance d'un gaz parfait au volume. Lois fondamentales de l'État gazier. Vérification de la loi de Gay-Lussac

La quantité d'air dans les cylindres dépend du volume du cylindre, de la pression de l'air et de sa température. La relation entre la pression de l'air et son volume à température constante est déterminée par la relation

où р1 et р2 sont la pression absolue initiale et finale, kgf/cm² ;

V1 et V2 - volume d'air initial et final, l. La relation entre la pression de l'air et sa température à volume constant est déterminée par la relation

où t1 et t2 sont les températures initiale et finale de l'air.

En utilisant ces dépendances, vous pouvez résoudre divers problèmes que vous rencontrez lors du chargement et du fonctionnement des appareils respiratoires.

Exemple 4.1. La capacité totale des cylindres de l'appareil est de 14 litres, la surpression d'air (selon le manomètre) est de 200 kgf/cm². Déterminez le volume d'air libre, c'est-à-dire le volume réduit aux conditions (atmosphériques) normales.

Solution. Pression atmosphérique absolue initiale p1 = 1 kgf/cm². Pression absolue finale air compriméр2 = 200 + 1= 201 kgf/cm². Le volume final d'air comprimé V 2 = 14 l. Volume d'air libre dans les cylindres selon (4.1)

Exemple 4.2.À partir d'un cylindre de transport d'une capacité de 40 litres avec une pression de 200 kgf/cm² (pression absolue 201 kgf/cm²), l'air a été transféré dans les cylindres de l'appareil d'une capacité totale de 14 litres et d'une pression résiduelle de 30 kgf/cm². (pression absolue 31 kgf/cm²). Déterminez la pression de l'air dans les cylindres après le contournement de l'air.

Solution. Volume total d'air libre dans le système de bouteilles de transport et d'équipement selon (4.1)

Volume total d'air comprimé dans le système de cylindres
Pression absolue dans le système de cylindres après la dérivation d'air
surpression = 156 kgf/cm².

Cet exemple peut être résolu en une étape en calculant la pression absolue à l'aide de la formule

Exemple 4.3. Lors de la mesure de la pression de l'air dans les cylindres de l'appareil dans une pièce avec une température de +17° C, le manomètre indiquait 200 kgf/cm². L'appareil a été transporté à l'extérieur, où quelques heures plus tard, lors d'un contrôle de fonctionnement, une chute de pression sur le manomètre a été constatée jusqu'à 179 kgf/cm². La température de l'air extérieur est de -13° C. Il y a une suspicion de fuite d'air des cylindres. Vérifiez la validité de ce soupçon à l'aide de calculs.

Solution. La pression absolue initiale de l'air dans les cylindres est p1 = 200 + 1 = 201 kgf/cm², la pression absolue finale p2 = 179 + 1 = 180 kgf/cm². Température initiale de l'air dans les cylindres t1 = + 17° C, température finale t2 = - 13° C. Pression d'air absolue finale calculée dans les cylindres selon (4.2)

Les soupçons sont infondés puisque les pressions réelles et calculées sont égales.

Exemple 4.4. Un nageur sous-marin consomme 30 l/min d'air comprimé à une pression d'une profondeur de plongée de 40 m. Déterminez la consommation d'air libre, c'est-à-dire convertissez-la en pression atmosphérique.

Solution. Pression atmosphérique absolue initiale (atmosphérique) p1 = l kgf/cm². La pression absolue finale de l'air comprimé selon (1.2) р2 =1 + 0,1*40 = 5 kgf/cm². Débit d'air comprimé final V2 = 30 l/min. Flux d'air libre selon (4.1)

Introduction

L'état d'un gaz parfait est entièrement décrit par des grandeurs mesurables : pression, température, volume. La relation entre ces trois grandeurs est déterminée par la loi fondamentale des gaz :

But du travail

Vérification de la loi Boyle-Mariotte.

Problèmes à résoudre

Mesurer la pression de l'air dans une seringue lorsque le volume change, en tenant compte du fait que la température du gaz est constante.

Configuration expérimentale

Appareils et accessoires

Manomètre

Pompe à vide manuelle

Dans cette expérience, la loi de Boyle-Mariotte est confirmée à l'aide de la configuration illustrée à la figure 1. Le volume d'air dans la seringue est déterminé comme suit :

où p 0 pression atmosphérique, аp – pression mesurée à l'aide d'un manomètre.

Bon de travail

Réglez le piston de la seringue sur la marque 50 ml.

Poussez l'extrémité libre du tuyau de raccordement du manuel pompe à videà la sortie de la seringue.

Tout en étendant le piston, augmentez le volume par incréments de 5 ml et enregistrez les lectures du manomètre sur l'échelle noire.

Pour déterminer la pression sous le piston, il faut soustraire les indications du monomètre, exprimées en pascals, de la pression atmosphérique. Pression atmosphériqueéquivaut à environ 1 bar, ce qui correspond à 100 000 Pa.

Pour traiter les résultats de mesure, il faut tenir compte de la présence d'air dans le tuyau de raccordement. Pour ce faire, mesurez et calculez le volume du tuyau de raccordement en mesurant la longueur du tuyau avec un ruban à mesurer et le diamètre du tuyau avec un pied à coulisse, en tenant compte du fait que l'épaisseur de paroi est de 1,5 mm.

Tracez un graphique du volume d’air mesuré en fonction de la pression.

Calculez la dépendance du volume à la pression à température constante à l'aide de la loi de Boyle-Mariotte et tracez un graphique.

Comparez les dépendances théoriques et expérimentales.

2133. Dépendance de la pression du gaz sur la température à volume constant (loi de Charles)

Introduction

Considérons la dépendance de la pression du gaz sur la température à condition que le volume d'une certaine masse de gaz reste constant. Ces études ont été réalisées pour la première fois en 1787 par Jacques Alexandre César Charles (1746-1823). Le gaz était chauffé dans un grand ballon relié à un manomètre à mercure en forme de tube étroit et incurvé. En négligeant l'augmentation insignifiante du volume du ballon lorsqu'il est chauffé et le changement insignifiant de volume lorsque le mercure est déplacé dans un tube manométrique étroit. Ainsi, le volume de gaz peut être considéré comme constant. En chauffant de l'eau dans un récipient entourant le ballon, la température du gaz a été mesurée à l'aide d'un thermomètre. T, et la pression correspondante r- selon le manomètre. En remplissant le récipient de glace fondante, la pression a été déterminée r Ô, et la température correspondante T Ô. Il a été constaté que si à 0  C la pression r Ô , puis lorsqu'il est chauffé de 1  C, l'augmentation de pression sera de  r Ô.

La quantité a la même valeur (plus précisément, presque la même) pour tous les gaz, à savoir 1/273  C -1. La quantité  est appelée coefficient de température et de pression. La loi de Charles permet de calculer la pression d'un gaz à n'importe quelle température si sa pression à une température de 0  C est connue Soit la pression d'une masse de gaz donnée à 0  C dans un volume donné. p o , et la pression du même gaz à la températureLa loi de Charles permet de calculer la pression d'un gaz à n'importe quelle température si sa pression à une température de 0  C est connue Soit la pression d'une masse de gaz donnée à 0  C dans un volume donné. t , et la pression du même gaz à la température. La température passe à  r Ô , et la pression du même gaz à la température, et la pression change de r, alors la pression

Annotation: présentation traditionnelle du sujet, complétée par une démonstration sur modèle informatique. Des trois états d'agrégation La substance la plus simple est l’état gazeux. Dans les gaz, les forces agissant entre les molécules sont faibles et, dans certaines conditions, peuvent être négligées. Le gaz s'appelle parfait , Si: Les tailles des molécules peuvent être négligées, c'est-à-dire les molécules peuvent être considérées comme des points matériels ; Les forces d'interaction entre molécules peuvent être négligées (l'énergie potentielle d'interaction des molécules est bien inférieure à leur énergie cinétique) ; Les collisions de molécules entre elles et avec les parois du récipient peuvent être considérées comme absolument élastiques. Les gaz réels ont des propriétés proches des gaz parfaits lorsque : Conditions proches des conditions normales (t = 0 0 C, p = 1,03·10 5 Pa) ; À haute température. Les lois régissant le comportement des gaz parfaits ont été découvertes expérimentalement il y a très longtemps. Ainsi, la loi Boyle-Mariotte a été instaurée au XVIIe siècle. Donnons les formulations de ces lois. Loi de Boyle - Mariotte. Laissez le gaz se trouver dans des conditions où sa température est maintenue constante (ces conditions sont appelées isotherme ).Alors pour une masse de gaz donnée, le produit de la pression et du volume est une constante : Cette formule s'appelle équation isotherme. Graphiquement, la dépendance de p sur V pour différentes températures est représentée sur la figure. La propriété d'un corps de changer de pression lorsque le volume change est appelée compressibilité. Si le changement de volume se produit à T=const, alors la compressibilité est caractérisée coefficient de compressibilité isotherme qui est défini comme le changement relatif de volume provoquant un changement unitaire de pression. Pour un gaz parfait, il est facile de calculer sa valeur. De l’équation isotherme on obtient : Le signe moins indique que la pression diminue à mesure que le volume augmente. Ainsi, le coefficient de compressibilité isotherme d'un gaz parfait est égal à l'inverse de sa pression. À mesure que la pression augmente, elle diminue, car Plus la pression est élevée, moins le gaz a de possibilités de compression supplémentaire. Loi de Gay-Lussac. Laissez le gaz se trouver dans des conditions où sa pression est maintenue constante (ces conditions sont appelées isobare ). Ils peuvent être réalisés en plaçant du gaz dans un cylindre fermé par un piston mobile. Ensuite, un changement de température du gaz entraînera un mouvement du piston et un changement de volume. La pression du gaz restera constante. Dans ce cas, pour une masse de gaz donnée, son volume sera proportionnel à la température : où V 0 est le volume à la température t = 0 0 C, - coefficient de dilatation volumétrique gaz Il peut être représenté sous une forme similaire au coefficient de compressibilité : Graphiquement, la dépendance de V sur T pour différentes pressions montré sur la figure. En passant de la température en Celsius à la température absolue, la loi de Gay-Lussac peut s'écrire : La loi de Charles. Si un gaz se trouve dans des conditions où son volume reste constant ( isochore conditions), alors pour une masse de gaz donnée la pression sera proportionnelle à la température : où p 0 - pression à température t = 0 0 C, - coefficient de pression. Il montre l'augmentation relative de la pression du gaz lorsqu'il est chauffé de 1 0 : La loi de Charles peut également s'écrire : Loi d'Avogadro : Une mole de n’importe quel gaz parfait à la même température et pression occupe le même volume. Dans des conditions normales (t = 0 0 C, p = 1,03.10 5 Pa) ce volume est égal à m -3 /mol. Nombre de particules contenues dans 1 mole diverses substances, appelé constante d'Avogadro : Il est facile de calculer le nombre n0 de particules pour 1 m3 dans des conditions normales : Ce numéro s'appelle Numéro de Loschmidt. Loi de Dalton : la pression d'un mélange de gaz parfaits est égale à la somme des pressions partielles des gaz qui y pénètrent, c'est-à-dire Où - pressions partielles- la pression qu'exerceraient les composants du mélange si chacun d'eux occupait un volume égal au volume du mélange à la même température. Clapeyron - Équation de Mendeleïev.À partir des lois des gaz parfaits, nous pouvons obtenir équation d'état , reliant T, p et V d'un gaz parfait en état d'équilibre. Cette équation a été obtenue pour la première fois par le physicien et ingénieur français B. Clapeyron et les scientifiques russes D.I. Mendeleïev porte donc leur nom. Supposons qu'une certaine masse de gaz occupe un volume V 1, ait une pression p 1 et soit à une température T 1. La même masse de gaz dans un état différent est caractérisée par les paramètres V 2, p 2, T 2 (voir figure). Le passage de l'état 1 à l'état 2 s'effectue sous la forme de deux processus : isotherme (1 - 1") et isochore (1" - 2). Pour ces processus, on peut écrire les lois de Boyle - Mariotte et Gay - Lussac : En éliminant p 1 " des équations, on obtient Puisque les états 1 et 2 ont été choisis arbitrairement, la dernière équation peut s’écrire : Cette équation s'appelle équation de Clapeyron , dans laquelle B est une constante, différente pour différentes masses de gaz. Mendeleev a combiné l'équation de Clapeyron avec la loi d'Avogadro. Selon la loi d'Avogadro, 1 mole de tout gaz parfait avec les mêmes p et T occupe le même volume V m, donc la constante B sera la même pour tous les gaz. Cette constante commune à tous les gaz est notée R et est appelée constante universelle des gaz. Alors Cette équation est équation d'état des gaz parfaits , qu'on appelle aussi Équation de Clapeyron-Mendeleïev . La valeur numérique de la constante universelle des gaz peut être déterminée en substituant les valeurs de p, T et V m dans l'équation de Clapeyron-Mendeleev dans des conditions normales : L'équation de Clapeyron-Mendeleev peut être écrite pour n'importe quelle masse de gaz. Pour ce faire, rappelons que le volume d'un gaz de masse m est lié au volume d'une mole par la formule V = (m/M)V m, où M est masse molaire de gaz. Alors l'équation de Clapeyron-Mendeleev pour un gaz de masse m aura la forme : où est le nombre de taupes. Souvent, l’équation d’état d’un gaz parfait s’écrit en termes de Constante de Boltzmann : Sur cette base, l’équation d’état peut être représentée comme où est la concentration des molécules. De la dernière équation, il ressort clairement que la pression d’un gaz parfait est directement proportionnelle à sa température et à sa concentration en molécules. Petite démonstration lois des gaz parfaits. Après avoir appuyé sur le bouton "Commençons" Vous verrez les commentaires du présentateur sur ce qui se passe à l'écran (couleur noire) et une description des actions de l'ordinateur après avoir appuyé sur le bouton "Suivant" (brun). Lorsque l'ordinateur est « occupé » (c'est-à-dire qu'une expérience est en cours), ce bouton n'est pas actif. Aller à image suivante, uniquement en comprenant le résultat obtenu dans l'expérience actuelle. (Si votre perception ne coïncide pas avec les commentaires du présentateur, écrivez !) Vous pouvez vérifier la validité des lois des gaz parfaits sur les

Au XVII – 19ème siècles des lois expérimentales des gaz parfaits ont été formulées. Rappelons-les brièvement. Isoprocédés des gaz parfaits– les processus dans lesquels l'un des paramètres reste inchangé. 1. Processus isochore . La loi de Charles. V = const. Processus isochore appelé un processus qui se produit lorsque volume constant V. Le comportement du gaz dans ce processus isochore obéit La loi de Charles : A volume constant et valeurs constantes de la masse de gaz et de sa masse molaire, le rapport entre la pression du gaz et sa température absolue reste constant : P/T= const. Graphique d'un processus isochore sur PV-le diagramme s'appelle isochore . Il est utile de connaître le graphique d'un processus isochore sur RT- Et Vermont-des diagrammes (Fig. 1.6). Équation isochore : Où P 0 – pression à 0 °C, α - coefficient de température pression du gaz égale à 1/273 deg -1. Un graphique d'une telle dépendance àРt -le diagramme a la forme montrée sur la figure 1.7. 2. Riz. 1.7 Processus isobare. Loi de Gay-Lussac. R. = const. Un processus isobare est un processus qui se produit à pression constante P . Le comportement d'un gaz au cours d'un processus isobare obéit: Loi de Gay-Lussac A pression constante et valeurs constantes de la masse du gaz et de sa masse molaire, le rapport du volume du gaz à sa température absolue reste constant := const. VERMONT Vermont-le diagramme s'appelle Graphique d'un processus isobare sur isobare PV- Et . Il est utile de connaître les graphiques du processus isobare sur RT -des diagrammes (Fig. 1.8). Riz. 1.8 Équation isobare : Où α =1/273 deg -1 - coefficient de température de dilatation volumétrique . Un graphique d'une telle dépendance à Vermont Le diagramme a la forme illustrée à la figure 1.9. 3. Riz. 1.9 Processus isotherme. Loi Boyle-Mariotte.= const. T Isotherme le processus est un processus qui se produit lorsque température constante T. Le comportement d'un gaz parfait lors d'un processus isotherme obéit Loi Boyle-Mariotte : A température constante et valeurs constantes de la masse du gaz et de sa masse molaire, le produit du volume du gaz et de sa pression reste constant := const. PV PV-le diagramme s'appelle Graphique d'un processus isotherme sur isotherme Vermont- Et . Il est utile de connaître les graphiques du processus isobare sur. Il est utile de connaître les graphiques d'un processus isotherme sur -des diagrammes (Fig. 1.10). Riz. 1.10 (1.4.5) 4. Équation isotherme : Processus adiabatique ( isentropique ) : 5. Un processus adiabatique est un processus thermodynamique qui se produit sans échange thermique avec l'environnement. Processus dans lequel la capacité thermique d'un gaz reste constante. Processus polytropique – cas général tous les processus ci-dessus. 6. La loi d'Avogadro. Aux mêmes pressions et aux mêmes températures, des volumes égaux de différents gaz parfaits contiennent le même nombre de molécules. Une mole de diverses substances contient N A=6,02·10 23 molécules (numéro d'Avogadro). 7. La loi de Dalton. La pression d'un mélange de gaz parfaits est égale à la somme des pressions partielles P des gaz qu'il contient : (1.4.6) La pression partielle Pn est la pression qu'exercerait un gaz donné s'il occupait à lui seul tout le volume. À , pression du mélange gazeux.

est égal à : A très basse température, lorsque le gaz s'approche d'un état de liquéfaction, ainsi qu'en cas de forte gaz comprimés

La loi de Charles ne s'applique pas. La coïncidence des coefficients  et  inclus dans la loi de Charles et la loi de Gay-Lussac n’est pas fortuite. Puisque les gaz obéissent à la loi de Boyle-Mariotte à température constante, alors  et  doivent être égaux.

Remplaçons la valeur du coefficient de température de pression  dans la formule de la dépendance en température de la pression : 273+ , et la pression du même gaz à la température) peut être considérée comme une valeur de température mesurée sur une nouvelle échelle de température dont l'unité est la même que celle de l'échelle Celsius, et zéro est considéré comme un point situé à 273  en dessous du point pris comme zéro de Celsius échelle, c'est-à-dire le point de fusion de la glace. Le zéro de cette nouvelle échelle est appelé zéro absolu. Cette nouvelle échelle est appelée échelle de température thermodynamique, où T , et la pression du même gaz à la température+273  .

Alors, à volume constant, la loi de Charles est valable :

But du travail

Vérifier la loi de Charles

Problèmes à résoudre

Détermination de la dépendance de la pression du gaz sur la température à volume constant

Détermination de l'échelle absolue de température par extrapolation vers les basses températures

Précautions de sécurité

Attention : le verre est utilisé dans cette œuvre.

Soyez extrêmement prudent lorsque vous travaillez avec un thermomètre à gaz ; récipient en verre et tasse à mesurer.

Soyez extrêmement prudent lorsque vous travaillez avec de l'eau chaude.

Configuration expérimentale

Appareils et accessoires

Thermomètre à gaz

Laboratoire CASSY mobile

Thermocouple

Plaque chauffante électrique

Tasse à mesurer en verre

Récipient en verre

Pompe à vide manuelle

Lors du pompage de l'air à température ambiante à l'aide d'une pompe manuelle, une pression est créée sur la colonne d'air p0+р, où r 0 – pression externe. Une goutte de mercure exerce également une pression sur la colonne d’air :

Dans cette expérience, cette loi est confirmée à l'aide d'un thermomètre à gaz. Le thermomètre est placé dans de l'eau à une température d'environ 90°C et ce système est progressivement refroidi. En pompant l'air du thermomètre à gaz à l'aide d'une pompe à vide manuelle, un volume d'air constant est maintenu pendant le refroidissement.

Bon de travail

Ouvrez le capuchon du thermomètre à gaz, connectez une pompe à vide manuelle au thermomètre.

Faites pivoter délicatement le thermomètre comme indiqué à gauche sur la Fig. 2 et pompez-en l'air à l'aide d'une pompe pour qu'une goutte de mercure aboutisse au point a) (voir Fig. 2).

Une fois qu'une goutte de mercure s'est accumulée au point a), tournez le thermomètre avec le trou vers le haut et libérez l'air forcé avec la poignée b) sur la pompe (voir Fig. 2) avec précaution afin que le mercure ne se divise pas en plusieurs gouttelettes.

Chauffer l'eau dans récipient en verre sur carrelage jusqu'à 90°C.

Verser eau chaude dans un récipient en verre.

Placez un thermomètre à gaz dans le récipient, en le fixant sur un trépied.

Placez le thermocouple dans l'eau, le système refroidit progressivement. En pompant l'air du thermomètre à gaz à l'aide d'une pompe à vide portative, vous maintenez un volume constant de colonne d'air tout au long du processus de refroidissement.

Enregistrez la lecture du manomètre  r et la température T.

Tracer la dépendance de la pression totale du gaz La loi de Charles permet de calculer la pression d'un gaz à n'importe quelle température si sa pression à une température de 0  C est connue Soit la pression d'une masse de gaz donnée à 0  C dans un volume donné. 0 +La loi de Charles permet de calculer la pression d'un gaz à n'importe quelle température si sa pression à une température de 0  C est connue Soit la pression d'une masse de gaz donnée à 0  C dans un volume donné.+La loi de Charles permet de calculer la pression d'un gaz à n'importe quelle température si sa pression à une température de 0  C est connue Soit la pression d'une masse de gaz donnée à 0  C dans un volume donné. Hg de la température en o C.

Continuez le graphique jusqu'à ce qu'il croise l'axe des x.

Déterminer la température d’intersection et expliquer les résultats obtenus.

À l'aide de la tangente de l'angle d'inclinaison, déterminez le coefficient de température et de pression.

Introduction

L'état d'un gaz parfait est entièrement décrit par des grandeurs mesurables : pression, température, volume. La relation entre ces trois grandeurs est déterminée par la loi fondamentale des gaz :

But du travail

Vérification de la loi Boyle-Mariotte.

Problèmes à résoudre

Mesurer la pression de l'air dans une seringue lorsque le volume change, en tenant compte du fait que la température du gaz est constante.

Configuration expérimentale

Appareils et accessoires

Manomètre

Pompe à vide manuelle

Dans cette expérience, la loi de Boyle-Mariotte est confirmée à l'aide de la configuration illustrée à la figure 1. Le volume d'air dans la seringue est déterminé comme suit :

où p 0 pression atmosphérique, аp – pression mesurée à l'aide d'un manomètre.

Bon de travail

Réglez le piston de la seringue sur la marque 50 ml.

Calculez la dépendance de la pression sur la température à volume constant en utilisant la loi de Charles et tracez un graphique. Comparez les dépendances théoriques et expérimentales.

Tout en étendant le piston, augmentez le volume par incréments de 5 ml et enregistrez les lectures du manomètre sur l'échelle noire.

Poussez fermement l'extrémité libre du tuyau de raccordement de la pompe à vide manuelle sur la sortie de la seringue.

Pour traiter les résultats de mesure, il faut tenir compte de la présence d'air dans le tuyau de raccordement. Pour ce faire, mesurez et calculez le volume du tuyau de raccordement en mesurant la longueur du tuyau avec un ruban à mesurer et le diamètre du tuyau avec un pied à coulisse, en tenant compte du fait que l'épaisseur de paroi est de 1,5 mm.

Tracez un graphique du volume d’air mesuré en fonction de la pression.

Calculez la dépendance du volume à la pression à température constante à l'aide de la loi de Boyle-Mariotte et tracez un graphique.

Comparez les dépendances théoriques et expérimentales.

2133. Dépendance de la pression du gaz sur la température à volume constant (loi de Charles)

Introduction

Considérons la dépendance de la pression du gaz sur la température à condition que le volume d'une certaine masse de gaz reste constant. Ces études ont été réalisées pour la première fois en 1787 par Jacques Alexandre César Charles (1746-1823). Le gaz était chauffé dans un grand ballon relié à un manomètre à mercure en forme de tube étroit et incurvé. En négligeant l'augmentation insignifiante du volume du ballon lorsqu'il est chauffé et le changement insignifiant de volume lorsque le mercure est déplacé dans un tube manométrique étroit. Ainsi, le volume de gaz peut être considéré comme constant. En chauffant de l'eau dans un récipient entourant le ballon, la température du gaz a été mesurée à l'aide d'un thermomètre. T, et la pression correspondante r- selon le manomètre. En remplissant le récipient de glace fondante, la pression a été déterminée r Ô, et la température correspondante T Ô. Il a été constaté que si à 0  C la pression r Ô , puis lorsqu'il est chauffé de 1  C, l'augmentation de pression sera de  r Ô.

La quantité a la même valeur (plus précisément, presque la même) pour tous les gaz, à savoir 1/273  C -1. La quantité  est appelée coefficient de température et de pression. La loi de Charles permet de calculer la pression d'un gaz à n'importe quelle température si sa pression à une température de 0  C est connue Soit la pression d'une masse de gaz donnée à 0  C dans un volume donné. p o , et la pression du même gaz à la températureLa loi de Charles permet de calculer la pression d'un gaz à n'importe quelle température si sa pression à une température de 0  C est connue Soit la pression d'une masse de gaz donnée à 0  C dans un volume donné. t , et la pression du même gaz à la température. La température passe à  r Ô , et la pression du même gaz à la température, et la pression change de r, alors la pression

Pour déterminer la pression sous le piston, il faut soustraire les indications du monomètre, exprimées en pascals, de la pression atmosphérique. La pression atmosphérique est d'environ 1 bar, ce qui correspond à 100 000 Pa.

La loi de Charles ne s'applique pas. La coïncidence des coefficients  et  inclus dans la loi de Charles et la loi de Gay-Lussac n’est pas fortuite. Puisque les gaz obéissent à la loi de Boyle-Mariotte à température constante, alors  et  doivent être égaux.

Remplaçons la valeur du coefficient de température de pression  dans la formule de la dépendance en température de la pression : 273+ , et la pression du même gaz à la température) peut être considérée comme une valeur de température mesurée sur une nouvelle échelle de température dont l'unité est la même que celle de l'échelle Celsius, et zéro est considéré comme un point situé à 273  en dessous du point pris comme zéro de Celsius échelle, c'est-à-dire le point de fusion de la glace. Le zéro de cette nouvelle échelle est appelé zéro absolu. Cette nouvelle échelle est appelée échelle de température thermodynamique, où T , et la pression du même gaz à la température+273  .

Alors, à volume constant, la loi de Charles est valable :

But du travail

Vérifier la loi de Charles

Problèmes à résoudre

Détermination de la dépendance de la pression du gaz sur la température à volume constant

Détermination de l'échelle absolue de température par extrapolation vers les basses températures

Précautions de sécurité

Attention : le verre est utilisé dans cette œuvre.

Soyez extrêmement prudent lorsque vous travaillez avec un thermomètre à gaz ; récipient en verre et tasse à mesurer.

Soyez extrêmement prudent lorsque vous travaillez avec de l'eau chaude.

Configuration expérimentale

Appareils et accessoires

Thermomètre à gaz

Laboratoire CASSY mobile

Thermocouple

Plaque chauffante électrique

Tasse à mesurer en verre

Récipient en verre

Pompe à vide manuelle

Lors du pompage de l'air à température ambiante à l'aide d'une pompe manuelle, une pression est créée sur la colonne d'air p0+р, où r 0 – pression externe. Une goutte de mercure exerce également une pression sur la colonne d’air :

Dans cette expérience, cette loi est confirmée à l'aide d'un thermomètre à gaz. Le thermomètre est placé dans de l'eau à une température d'environ 90°C et ce système est progressivement refroidi. En pompant l'air du thermomètre à gaz à l'aide d'une pompe à vide manuelle, un volume d'air constant est maintenu pendant le refroidissement.

Bon de travail

Ouvrez le capuchon du thermomètre à gaz, connectez une pompe à vide manuelle au thermomètre.

Faites pivoter délicatement le thermomètre comme indiqué à gauche sur la Fig. 2 et pompez-en l'air à l'aide d'une pompe pour qu'une goutte de mercure aboutisse au point a) (voir Fig. 2).

Une fois qu'une goutte de mercure s'est accumulée au point a), tournez le thermomètre avec le trou vers le haut et libérez l'air forcé avec la poignée b) sur la pompe (voir Fig. 2) avec précaution afin que le mercure ne se divise pas en plusieurs gouttelettes.

A très basse température, lorsque le gaz s'approche de l'état de liquéfaction, ainsi que dans le cas de gaz fortement comprimés, la loi de Charles ne s'applique pas. La coïncidence des coefficients  et  inclus dans la loi de Charles et la loi de Gay-Lussac n’est pas fortuite. Puisque les gaz obéissent à la loi de Boyle-Mariotte à température constante, alors  et  doivent être égaux.

Faites chauffer de l'eau dans un récipient en verre sur une plaque chauffante à 90°C.

Placez un thermomètre à gaz dans le récipient, en le fixant sur un trépied.

Placez le thermocouple dans l'eau, le système refroidit progressivement. En pompant l'air du thermomètre à gaz à l'aide d'une pompe à vide portative, vous maintenez un volume constant de colonne d'air tout au long du processus de refroidissement.

Enregistrez la lecture du manomètre  r et la température T.

Tracer la dépendance de la pression totale du gaz La loi de Charles permet de calculer la pression d'un gaz à n'importe quelle température si sa pression à une température de 0  C est connue Soit la pression d'une masse de gaz donnée à 0  C dans un volume donné. 0 +La loi de Charles permet de calculer la pression d'un gaz à n'importe quelle température si sa pression à une température de 0  C est connue Soit la pression d'une masse de gaz donnée à 0  C dans un volume donné.+La loi de Charles permet de calculer la pression d'un gaz à n'importe quelle température si sa pression à une température de 0  C est connue Soit la pression d'une masse de gaz donnée à 0  C dans un volume donné. Hg de la température en o C.

Continuez le graphique jusqu'à ce qu'il croise l'axe des x.

Déterminer la température d’intersection et expliquer les résultats obtenus.

À l'aide de la tangente de l'angle d'inclinaison, déterminez le coefficient de température et de pression.

 

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Versez de l'eau chaude dans un récipient en verre.
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