Prozkoumat závislost tlaku na teplotě - není nic jednoduššího ...

Vyšetřování fyzikálních vlastností plynu

Historie vědeckého objevu často začíná s tím, že „správné“ osobou na správném místě ve správný čas. Tak se to stalo se studiem plynů. Francouzský fyzik, chemik, inženýr Serge Charles se zajímal o letectví. V této souvislosti bylo nutné studovat závislost tlaku na teplotě vzduchu. Samozřejmě, teplo bylo vždy prvním nástrojem výzkumníků. Je to silný, snadno řízený zdroj energie a vždy po ruce. Nejstarší nástroj poznávání byl vždy prubířským kamenem, jako je "dobře, dobře, podívejme se, co se stane, když bude trochu teplo, a pokud se přidáte ;" atd.

A co Charles považoval za zajímavý v plynech? Podívejme se na vlastní výzkum. Vezmeme skleněnou trubku, na jedné straně je pevně uzavřena a uvnitř uspořádáme píst, který se skluzem podél potrubí. Dále budeme instalovat zdroj tepelné energie - normální duchovní lampu - a vybavíme náš laboratorní stojan měřiče teploty a tlak - koneckonců tlakovou závislost na teplotě, kterou budeme zkoumat. Takže začněte ...

Máme nějaké množství plynu v objemu omezovaném dolní částí válce a pístu. Píst upevneme a zkušební plyn zahřejeme alkoholem. Zapsáme několik hodnot tlaku Pn a teploty plynu Tn. Při analýze získaných dat vidíme, že závislost tlaku na teplotě má poměrný charakter - jak se zvyšuje teplota, tlak se také zvyšuje. Všimněte si, že píst je vystaven různým tlakům: vnější je atmosférický a zevnitř - z ohřátého plynu. U dalšího experimentu vyjměte držák pístu a uvidíte, že se píst posouvá k vyrovnání tlaků. Současně se však změnil objem plynu a jeho množství (hmotnost) zůstalo stejné. Závěr, který Charles dosáhl, je tedy s hmotností a objemem nezměněným, tlak plynu je přímo úměrný teplotě - neúnavně a vkusně.

Jinými slovy, při konstantním objemu od zahřívání se tlak zvyšuje a při konstantním tlaku se při zahřátí zvyšuje objem. Pro letectví to znamená, že když se vzduch ohřívá z hořáku, rozšiřuje se a jeho objem se zvětšuje a objem míče není. Proto nadbytek vzduchu opouští míč a uvnitř zůstává hmotnost vzduchu méně než je hmotnost stejného objemu vzduchu zvenčí. Spouští zákon Archimedes, a nic nezbude na míč, jak letět pro radost veřejnosti.

Nejpozoruhodnějším závěrem však je, že tlak P a teplota T vzájemně souvisejí vztahem P1 / T1 = P2 / T2 = hellip -. = Pn / Tn = CONST. Jinak lze říci: P = k * T, kde k je určitá plynová konstanta. Použijeme-li tyto vztahy na jednotkové hodnoty teploty, tlaku a objemu, můžeme získat známé konstanty. Například objem plynu vzrůstá s ohřevem o 1 stupeň na 1/273 počáteční hodnoty.

Samozřejmě, velký zájem je způsoben závislostí tlaku na teplotě látek během fázových přechodů, například kapalin v plynu. Nejbližším objektem pro výzkum tohoto druhu je voda. Pára, která se vytváří nad vodní hladinou, je důsledkem přechodu určitého počtu molekul z vody na vnější médium. To je omezeno dvěma faktory - silami povrchové napětí a vnějším tlakem. Mohou být překonány pouze molekuly s dostatečným energetickým potenciálem - ekvivalentní teplotě. Existují dva způsoby, jak dosáhnout tohoto potenciálu: můžete zvýšit energii molekul ohříváním vody nebo omezit působení vnějšího tlaku. První metoda je potvrzena známým faktem - ohřátá voda se rychleji odpařuje a druhá - snižuje energetický prah molekul opouštějících "rodičovské" prostředí.

Vraťme se do naší laboratorní instalace. Prostor pod pístem vyplňte vodou, velmi málo, doslova 20-40 g. Poznamenejte si, že se píst musí volně pohybovat a systém musí mít vypouštěcí ventil. Pokud se voda zahřeje, vytvořená vodní pára bude pohybovat pístem a uvolní "místo pod sluncem". Prostor nad pístem by měl být připojen ke zdroji vzduchu s měnícím se tlakem, například instalovat druhý píst s ručně ovládanou tyčí. Nyní můžeme zkoumat závislost teploty páry na tlaku. Pohybem pístu s tyčí změníme vnější tlak pro první píst. Mezilehlá data jsou pevná. Je správné fixovat teplotu páry v rovnovážném stavu, tj. neměnný, přinejmenším stručně, význam. Pokud zanedbáme výměnu tepla s prostředím, pak se chování páry neliší od chování ideální plyn.

Je zajímavé, že i na takovém primitivním uspořádání lze pozorovat závislost bod varu z tlaku. Připomeňme, že tzv přechodovou teplotou varu kapaliny na páru s tvorbou bublin v celém objemu kapaliny. Takže. opravte varu velmi snadno. A zde také, jak se zvyšuje tlak, se zvyšuje teplota varu kapaliny, což znamená, že je snadné prokázat úžasný trik pro nezasvěcené - vroucí vodu při teplotě jen 80 stupňů Celsia nebo zdánlivě v rozporu se zdravým rozumem více než 110 stejných stupňů Celsia.

Takže po studiu chování plynu, páry pod vlivem zdrojů tepla na látce, nakonec vznikly různé tepelné stroje: parní stroj, lokomotiva, lokomotiva, motor s vnitřním spalováním. A jen velmi málo lidí ví, že první narozený mezi nimi, samozřejmě, by měl být považován za balón.