Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Fizika / 5M

.doc
Скачиваний:
54
Добавлен:
13.04.2015
Размер:
100.35 Кб
Скачать

Изучение изотермического процесса

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

1. Изучить зависимость давления воздуха от объема при постоянной температуре.

2. Измерить изотермический модуль всестороннего сжатия.

3. Определить массу воздуха, накаченного в баллон.

Приборы и принадлежности: воздушные баллоны, микрокомпрессор, краны, клапаны, соединительные трубки.

Краткая теория

Давление есть физическая величина, численно равная силе, действующий на единицу площади поверхности по нормали к ней:

Поскольку обычно рассматривается смесь газов, то вводится понятие парциального давления – давление одного газа смеси, если бы он занимал весь объем смеси. Тогда давление смеси газов определится как сумма парциальных давлений ее составляющих. Этот вывод отражен в формуле Дальтона:

,

где Р - давление смеси газов; Pi – парциальное давление одного из газов смеси.

Уравнение, связывающие любой термодинамический параметр системы с параметры, принятыми в качестве независимых переменных, называется уравнение состояния. Уравнение состояния, связывающее для однородного тела давление Р, объем V и температуру Т, называется термодинамическим уравнением состояния:

.

Простейшим объектом, для которого в термодинамике может быть рассмотрено термодинамическое уравнение состояния, является идеальный газ.

Идеальным называется газ:

1) молекулы которого имеют пренебрежительно малый собственный объем;

2) молекулы газа не взаимодействуют друг с другом, поскольку находится на расстоянии, во много раз превышающем размеры молекул;

3) при взаимном столкновении молекулы газа ведут себя как абсолютно упругие шарики с диаметром d, зависящим от химической природы газа.

Для произвольной массы m газа можно переписать уравнение (1.1) в виде:

.

В этой наиболее общей формы термодинамическое состояние идеального газа называется уравнением Клайперона-Менделеева.

Из этого уравнения выразим плотность газа:

. (1.5)

Введем еще одну постоянную Больцмана k, равную отношению универсальной газовой постоянной к постоянной Авогадро : .

Заменим универсальную газовую постоянную в уравнении (1.3), получим выражение:

, (1.6)

где - концентрация молекул газа, то есть количество молекул в единице объема газа.

Изотермический процесс – процесс, когда изменение состояния газа происходит при постоянной температуре и массе газа. ().

Такой закон описывается уравнением Бойля и Мариотта, установленном на основе экспериментов. При изотермическом процессе произведение давления на объем для данной массы газа () есть величина постоянная:

. (1.7)

Изобарический процесс – процесс, когда изменение состояния газа происходит при постоянном давлении ().

Обозначим объем некоторой массы газа при 00С через . При изобарическом нагревании его на объем возрастет и сделается равным . Такой процесс описывается законом Гей-Люссака, который также был установлен опытным путем: при изобарическом процессе относительное увеличение объема данной массы газа () прямо пропорционально увеличению температуры при постоянном давлении ().

;

где α – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом объемного расширения.

Коэффициент α численно равен относительному увеличению объема газа (по отношению к объему газа, который он занимает при ) при нагревании его на 1 градус.

Изохорический процесс – процесс, когда изменение состояния газа происходит при постоянном объеме ().

Если давление некоторой массы газа при температуре будет , то при изохорическом нагревании газа на давление возрастает и становится равным . Изохорический процесс описывается опытным законом Шарля: при изохорическом процессе относительное увеличение давления данной массы газа () прямо пропорционально увеличению температуры при постоянном объеме ().

, (1.10)

где γ – коэффициент пропорциональности, называемый температурным коэффициентом давления и численно равный относительному увеличению давления газа (по отношению к давлению газа, взятому при ) при нагревании газа на 1 градус.

Элементарную работу можно записать в виде:

. (1.14)

Величина работы является алгебраической. При сжатии газа направления перемещения и силы , действующие на поршень, противоположны, вследствие чего работа отрицательна; при расширении газа работа положительна.

Если давление газа остается постоянным , то должна изменяться температура газа, а работа, совершаемая газом при изменении объема от значения V1 до значения V2, будет равна:

. (1.15)

Если при изменении объема давление изменяется, то работа вычисляется путем интегрирования:

. (1.16)

Внутренняя энергия идеального газа:

. (1.17)

где i –число степеней свободы молекул газа (числом степеней свободы называется количество независимых величин, с помощью которых может быть задано положение системы).

Соседние файлы в папке Fizika