Vyšetrovať závislosť tlaku na teplote - nič nemôže byť jednoduchšie ...

Štúdium fyzikálnych vlastností plynu

História vedeckého objavu často začína s tým, že "správne" osoba na správnom mieste v správny čas. To je to, čo sa stalo so štúdiom plynov. Francúzsky fyzik, chemik, inžinier Serge Charles začal zaujímať o letectve. V tomto ohľade bolo nutné študovať závislosť tlaku na teplote vzduchu. Samozrejme, že teplo bolo vždy prvý nástroj výskumníkov. Napriek tomu výkonný, ľahko ovládať zdroj energie, a vždy po ruke. Najstaršie nástrojom poznania bola vždy skúšobným kameňom "No, no, uvidíme, čo sa stane, keď je citlivý na teplo, a ak pridáte ..." atď.

A čo je tak zaujímavého nájsť Charlesa v plynoch? Vykonávame svoj vlastný výskum. Vezmite sklenenú trubicu, na jednej strane, že sa tesne uzavrie, a usporiadať vnútri piestu, ktorý kĺže pozdĺž rúrky. Vedľa nastaviť zdroj tepla - obvyklý alkoholu lampy - a vybaviť náš laboratórnym meradlá teploty a tlaku - to bolo na teplotné závislosť tlaku ideme preskúmať. Tak poďme začať ...

Máme určité množstvo plynu v objeme ohraničené dňom, valec a piest. Fix piest podogreem alkoholu lampy a skúšobné plyn. Píšeme počet tlakových hodnôt Pn a teplota TN plynu. Pri analýze získaných dát, vidíme, že tlak závislosť teploty je proporcionálny charakter - sa zvyšuje s rastúcou teplotou a tlakom. Všimnite si, že piest je vystavená rôznym tlakom: vonkajšie - je atmosférický, a vnútorné - z ohriateho plynu. Pre ďalšie experiment odstráni držiak piestu a vidieť, že piest sa pohybuje na vyrovnanie tlaku. Ale to sa zmení množstvo plynu a množstva (hmotnosťou) zostal rovnaký. Došli sme k záveru, že dostal Charles: konštantný hmotnosť a objem tlaku plynu je priamo úmerná teplote od - jednoducho a vkusné.

Inými slovami, pri konštantným objeme, stúpa tlak na vykurovanie, a pri konštantnom tlaku pri zahrievaní zvyšuje suma. Pre balónom sa rozumie, že v priebehu ohrevu vzduchu z horáka, expanduje a jeho objem sa zvyšuje, a objem gule - nie. Z tohto dôvodu, prebytočný vzduch opúšťa loptu a vo vnútri je vzduch hmotnosť menšia než hmotnosť rovnakého objemu vzduchu zvonku. Požiare princíp Archimedes, a lopta sa nič robiť, ale pozrite sa na radosti publika.

Avšak, najvýznamnejšie zistením je, že tlak P a teplota T sú spojené tým, P1 / P2 = T1 / T2 = .... = Pn / Mn = konšt. To možno interpretovať rôzne: P = k * T, kde k - druh plynová konštanta. Aplikujeme Ak tieto vzťahy na jednotlivé hodnoty teploty, tlaku a objemu, môžete získať známych konštánt. Napríklad objem plynu pri ohreve na 1 stupeň až 1/273 počiatočnej hodnoty zvýšili.

Samozrejme, že veľký záujem je tlak závislosť na substanciách pri teplote fázového prechodu, napríklad, kvapaliny na plyn. Najbližší objekt pre studium tohto druhu je voda. Vytvorená nad vodnej pary je dôsledkom prechodu určitého počtu molekúl vody z vonkajšieho prostredia. To bráni dva faktory - silami povrchového napätia a vonkajšieho tlaku. Prekonať nich si môže dovoliť iba molekuly s dostatočným energetickým potenciálom - teplota ekvivalentná. Existujú dva spôsoby, ako dosiahnuť tejto schopnosti: je možné zvýšiť energiu molekúl vody zahrievaním zníženú odolnosť voči vonkajšiemu tlaku. Prvá metóda je potvrdená známy fakt, - ohrievaná voda rýchlo vyparuje, a druhá - zníženie prahovej energie molekuly opúšťajúce "nadradené" prostredia.

Vráťme sa k nášmu laboratórnom prostredí. Priestor pod piestom sa naplní vodou, len trochu, len 20-40 g Všimnite si, že sa piest musí voľne pohybovať, a systém by mal byť porušené ventil. V prípade, že zahrievanie vody, vodná para vytvorená posunie piest a uvoľnenie seba "miesto na slnku". Priestor nad piestom, ktoré majú byť pripojené k prívodu vzduchu s premenlivým tlakom, napríklad, nastavenie druhej piestnice ručne ovládateľný. Teraz je možné skúmať teplotná závislosť tlaku pár. Pohyb piestu a tyče, zmena vonkajšieho tlaku k prvému piestu. Medziľahlé údaje opraviť. Korektne zachytí teplota pary v priebehu stabilný, tj. nezmenený, aspoň stručne, význam. Ak budeme zanedbávať výmenu tepla s okolitým prostredím, správanie páru sa príliš nelíši od správania ideálneho plynu.

Zaujímavé je, že aj pri takejto primitívnej nastavenia možno pozorovať závislosť bod varu tlaku. Pripomeňme, že tzv prechodovú teplotou varu kvapaliny na páre s tvorbou bublín v celom objeme kvapaliny. teda opraviť variť veľmi ľahko. Tiež tu sa tlak zvyšuje teplota vriacej kvapaliny sa zvyšuje, a preto je ľahké pre nezasvätených preukázať úžasné trik - vriacej vode pri teplote iba 80 stupnov Celzia , alebo zdanlivo v rozpore s rozumu, viac ako 110 toho istého stupňov Celzia.

To preto, že po skúmaní správania plynu, pary pri pôsobení tepelných zdrojov v tejto veci, na konci, a rôzne tepelné motory boli vytvorené: parný stroj, prenosný stroj, motor, motor s vnútorným spaľovaním. A málokto vie, že prvorodený medzi nimi, samozrejme, treba považovať za bublinu.