Pentru a investiga dependența de presiune asupra temperaturii - nu este nimic mai ușor ...

Investigarea caracteristicilor fizice ale gazului

Istoria descoperirii științifice de multe ori începe cu faptul că persoana „dreptul“ la locul potrivit, la momentul potrivit. Așa sa întâmplat și cu studiul gazelor. Fizician, chimist, inginer francez, Serge Charles, a fost interesat de aeronautică. În acest sens a fost necesară studierea dependenței de presiune asupra temperaturii aerului. Desigur, căldura a fost întotdeauna primul instrument al cercetătorilor. Totuși, o sursă de energie puternică și ușor controlată, mereu la îndemână. Instrumentul mai vechi de cunoaștere a fost întotdeauna piatra de încercare „bine, bine, să vedem ce se va întâmpla atunci când este sensibil la căldură, iar dacă dobavithellip-“ etc.

Și ce a găsit Charles interesant în gaze? Să facem propriile cercetări. Luăm tubul de sticlă, pe o parte este închis etanș, iar înăuntru aranjăm pistonul, care alunecă de-a lungul țevii. Apoi vom instala o sursă de energie termică - o lampă de epocă regulată - și vom echipa standul nostru de laborator contoare de temperatură și presiunea - la urma urmei, dependența de presiune de temperatura pe care o vom investiga. Deci, să începem ...

Avem o cantitate de gaz în volumul limitat de fundul cilindrului și de piston. Fixăm pistonul și încălzim gazul de testare cu alcoolul. Să scriem câteva valori ale presiunii Pn și ale temperaturii gazului Tn. Analizând datele obținute, vedem că dependența de presiune de temperatură are un caracter proporțional - pe măsură ce crește temperatura, presiunea crește de asemenea. Rețineți că pistonul este supus unor presiuni diferite: exteriorul este atmosferic și din interior - din gazul încălzit. Pentru următorul experiment, scoateți dispozitivul de fixare a pistonului și vedeți că pistonul se va mișca pentru a egaliza presiunile. Dar, în același timp, volumul de gaz se schimbă, iar cantitatea (masa) rămâne aceeași. Prin urmare, concluzia la care a ajuns Charles: cu masa și volumul neschimbat, presiunea gazului este direct proporțională cu temperatura - fără gust și cu gust.

Cu alte cuvinte, la un volum constant din încălzire, presiunea crește, iar la presiune constantă, când se încălzește, volumul crește. Pentru aeronautică, aceasta înseamnă că, atunci când aerul este încălzit de pe arzător, acesta se extinde și volumul acestuia crește, iar volumul mingii nu se schimbă. Prin urmare, excesul de aer părăsește mingea și în interior rămâne masă de aer mai puțin decât masa aceluiași volum de aer din exterior. incendii legea lui Arhimede, și nimic nu rămâne pentru minge, cum să zboare pentru bucuria publicului.

Cu toate acestea, constatarea cea mai remarcabil este faptul că presiunea P și temperatură T sunt legate de P1 / T1 = P2 / T2 = hellip -. = Pn / = CONST Tn. Se poate afirma într-un alt mod: P = k * T, unde k este o anumită constantă a gazului. Dacă aplicăm aceste relații la valori de temperatură individuale, presiunea și volumul, puteți obține o constante bine-cunoscute. De exemplu, volumul gazului crește cu 1 grad de încălzire la 1/273 din valoarea inițială.

Desigur, un mare interes este cauzat de dependența de presiune asupra temperaturii substanțelor în timpul tranzițiilor de fază, de exemplu, lichidele din gaz. Cel mai apropiat obiect de cercetare de acest tip este apa. Vapa care se formează deasupra suprafeței apei este o consecință a tranziției unui anumit număr de molecule de la apă la mediul extern. Acest lucru este împiedicat de doi factori - forțele tensiunea superficială și presiunea externă. Ele pot fi depășite numai de molecule cu potențial energetic suficient - echivalentul temperaturii. Există două modalități de a atinge acest potențial: puteți crește energia moleculelor prin încălzirea apei sau reducerea contracției de presiune externă. Prima metodă este confirmată de faptul cunoscut - apa încălzită se evaporă rapid, iar al doilea - reducerea moleculelor prag de energie care părăsesc „părinte“ mediu.

Să ne întoarcem la instalația noastră de laborator. Spațiul de sub pistonul este umplut cu apă, doar un pic, doar 20-40 g Rețineți că pistonul trebuie să se miște liber, iar sistemul trebuie defectat valva. Dacă apa este încălzită, atunci vaporii de apă formați vor mișca pistonul și își vor elibera "locul sub soare". Spațiul de deasupra pistonului trebuie să fie conectat la o sursă de aer cu o presiune variabilă, de exemplu, instalați un al doilea piston cu o tijă acționată manual. Acum putem investiga dependența de temperatura vaporilor la presiune. Deplasând pistonul cu tija, schimbăm presiunea externă pentru primul piston. Datele intermediare sunt fixe. Este corect să se fixeze temperatura aburului la starea de echilibru, adică o semnificație invariabilă, cel puțin pe scurt. Dacă neglijăm schimbul de căldură cu mediul, atunci comportamentul vaporilor nu diferă foarte mult de comportament gazul ideal.

Este interesant faptul că chiar și pe o astfel de configurație primitivă se poate observa dependența punctul de fierbere de la presiune. Amintiți-vă că fierberea se numește trecerea lichidului în vapori cu formarea bulelor pe tot volumul lichidului. astfel reparați fierul foarte ușor. Aici, din nou presiunea crește, lichidul de fierbere crește temperatura și, prin urmare, este ușor pentru neinițiați demonstra truc surprinzător - apa de fierbere la o temperatură de numai 80 grade Celsius sau, par a fi contrar bunului simț, mai mult de 110 de grade Celsius.

Asta pentru că după cercetarea comportamentului de gaz, vapori atunci când este expusă la surse de căldură în această privință, în cele din urmă, și diverse motoare termice au fost create: motorul cu aburi, motorul portabil, motorul, motorul cu ardere internă. Și foarte puțini oameni știu că primul-născut dintre ei, desigur, ar trebui să fie considerat un balon.