Закон бойля мариотта реферат

Обновлено: 04.07.2024

Идеальный газ — математическая модель газа, в которой предполагается, что потенциальной энергией молекул можно пренебречь по сравнению с их кинетической энергией. Между молекулами не действуют силы притяжения или отталкивания, соударения частиц между собой и со стенками сосуда абсолютно упруги, а время взаимодействия между молекулами пренебрежимо мало по сравнению со средним временем между столкновениями.

Модель широко применяется для решения задач термодинамики газов и задач аэрогазодинамики. Например, воздух при атмосферном давлении и комнатной температуре с большой точностью описывается данной моделью. В случае экстремальных температур или давлений требуется применение более точной модели, например модели газа Ван-дер-Ваальса, в котором учитывается притяжение между молекулами.

Различают классический идеальный газ (его свойства выводятся из законов классической механики и описываются статистикой Больцмана) и квантовый идеальный газ (свойства определяются законами квантовой механики, описываются статистиками Ферми — Дирака или Бозе — Эйнштейна).

Газовые законы - законы термодинамических процессов, протекающих в системе с неизменным количеством вещества при постоянном значении одного из параметров: закон Шарля, закон Гей-Люссака, закон Бойля-Мариотта, а также закон Авогадро, закон Дальтона.

Уравнение состояния идеального газа

Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева - Клапейрона ) — формула, устанавливающая зависимость между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой идеального газа. Уравнение имеет вид:

V μ — молярный объём,

T — абсолютная температура,

R — универсальная газовая постоянная.

Так как , где где ν — количество вещества, а , где m — масса, μ — молярная масса, уравнение состояния можно записать:

та форма записи носит имя уравнения (закона) Менделеева — Клапейрона .

Уравнение можно записать в виде:

Последнее уравнение называют объединённым газовым законом . Из него получаются законы Бойля — Мариотта, Шарля и Гей-Люссака:

— закон Бойля — Мариотта.

Закон Бойля-Мариотта. Изотерма

ЗАКОН БОЙЛЯ — МАРИОТТА, один из основных газовых законов, который описывает изотермические процессы в идеальных газах. Его установили учёные Р. Бойль в 1662 г. и Э. Мариотт в 1676 г. независимо друг от друга при экспериментальном изучении зависимости давления газа от его объема при постоянной температуре.

Согласно закону Бойля-Мариотта при постоянной температуре Т объем V данной массы m идеального газа обратно пропорционален его давлению р , т. е.:

pV = const = С при T=const и m=const

Постоянная С пропорциональна массе газа (числу молей) и его абсолютной температуре. Другими словами: произведение объема данной массы идеального газа на его давление постоянно при постоянной температуре. Закон Бойля — Мариотта выполняется строго для идеального газа. Для реальных газов закон Бойля — Мариотта выполняется приближенно. Практически все газы ведут себя как идеальные при не слишком высоких давлениях и не слишком низких т
емпературах.

Закон Бойля — Мариотта следует из кинетической теории газов, когда принимается допущение, что размеры молекул пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием между ними и отсутствует межмолекулярное взаимодействие. При больших давлениях необходимо вводить поправки на силы притяжения между молекулами и на объем самих молекул. Как и уравнение Клайперона, закон Бойля — Мариотта описывает предельный случай поведения реального газа, более точно описываемый уравнением Ван-дер-Ваальса. Применение закона приближенно можно наблюдать в процессе сжатия воздуха компрессором или в результате расширения газа под поршнем насоса при откачке его из сосуда.

Термодинамический процесс, котроый происходит при постоянной температуре называется изотермическим. Изображение его на графике называется изотермой.(см. график изотермического процесса)

Закон Гей-Люссака. Изобара

Французский ученый Ж. Гей-Люссак в 1802 году нашел экспериментально зависимость объема газа от температуры при постоянном давлении. Данные лежат в основе газового закона Гей-Люссака.

Формулировка закона Гей-Люссака следующая: для данной массы газа отношение объема газа к его температуре постоянно, если давление газа не меняется. Эту зависимость математически записывают так:

V/ Т =const, если P=const и m=const

Данный закон приближенно можно наблюдать, когда происходит расширение газа при его нагревании в цилиндре с подвижным поршнем. Постоянство давления в цилиндре обеспечивается атмосферным давлением на внешнюю поверхность поршня. Другим проявлением закона Гей-Люссака в действии является аэростат. Закон Гей-Люссака не соблюдается в области низких температур, близких к температуре сжижения (конденсации) газов.

Закон справедлив для идеального газа. Он неплохо выполняется для разреженных газов, которые по своим свойствам близки к и
деальному. Температура газа должна быть достаточно велика.

Закон Шарля. Изохора

Французский ученый Ж. Шарль в 1787 году нашел экспериментально зависимость давления газа от температуры при постоянном объеме. Данные лежат в основе газового закона Шарля.

Формулировка закона Шарля следующая: для данной массы газа отношение давления газа к его температуре постоянно, если объем газа не меняется. Эту зависимость математически записывают так:

P
/Т= const , если V = const и m = const

Данный закон приближенно можно наблюдать, когда происходит увеличение давления газа в любой емкости или в электрической лампочке при нагревании. Изохорный процесс используется в газовых термометрах постоянного объема. Закон Шарля не соблюдается в области низких температур, близких к температуре сжижения (конденсации) газов.

Закон справедлив для идеального газа. Он неплохо выполняется для разреженных газов, которые по своим свойствам близки к идеальному. Температура газа должна быть достаточно высокой. Процесс должен проходить очень медленно

Заключение

Список источников

Вукалович М.П., Новиков И.И. - Термодинамика. М: Машиностроение, 1972

Грабовский Р.И. Курс физики. М: Высшая школа, 1974

Коротков П.Ф. Молекулярная физика и термодинамика - 2e изд., MФТИ, 2004

Якунин В. И., Учебное пособие для изучающих физику в средней школе., Тамбов, ТИПКРО, Тамбовский областной физико-математический лицей, 1994

Идеальный поршневой компрессор

. газа в цилиндре определяется по формулам: а) для адиабатического идеального компрессора ; (111) б) для политропического идеального . , затрачиваемая в цикле. Величина энтальпии i зависит у идеального газа только от его температуры. Для .

Уравнение состояния идеального газа и основное уравнение МКТ

. состояния идеального газа. Опытные газовые законы. В МКТ используют идеализированную модель идеального газа. Идеальный газ - это газ, молекулы .

Теория идеального газа

. этой концепции – газовые законы для идеальных газов.2 Идеальный газ Расстояние между молекулами во много . сил межмолекулярного взаимодействия. Идеального газа не существует, но можно приблизиться к идеальному газу – при низком .

Теплоёмкость. Термодинамические процессы с идеальным газом

. (1.3) После соответствующих преобразований с учётом свойств идеального газа получим: (1.4) Это свидетельствует о том, . бар. Изобразите состояния газа в P – V и T – S координатах. Термодинамические процессы с идеальным газом. Краткая теоретическая часть .

Параметры и уравнения состояния. Первое начало термодинамики. Смеси идеальных газов

. : P = F1(V, T); V = F2(P, T); T = F3(P, V). (1.5) Уравнение состояния идеального газа: для единичной массы ТС: Pv . ), а КПД подъемного механизма η = = 0,85? Смеси идеальных газов. Краткая теоретическая часть Газовая смесь .

Исследования великого английского ученого Бойля в области физических свойств воздуха. Научная работа "Новые физико-механические эксперименты относительно веса воздуха и его проявления". Мариотт (1620—1684) предсказал различные применения закона Бойля.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	08.07.2011
Размер файла	10,9 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Исследования великого английского ученого Бойля положили начало рождению новой химической науки. Он выделил химию в самостоятельную науку и показал, что у нее свои проблемы, свои задачи, которые надо решать своими методами, отличными от медицины. Систематизируя многочисленные цветные реакции и реакции осаждения, Бойль положил начало аналитической химии. Он же стал автором одного из первых законов рождающейся физико-химической науки.

Роберт Бойль (1627--1691) был тринадцатым ребенком из четырнадцати детей Ричарда Бойля -- первого герцога Коркского, свирепого и удачливого стяжателя, жившего во времена королевы Елизаветы и умножившего свои угодья захватом чужих земель. Он родился в Лисмор Касле, одном из ирландских поместий отца. Там Роберт провел свое детство. Он получил превосходное домашнее образование и в возрасте восьми лет стал студентом Итонского университета. Там он проучился четыре года, после чего уехал в новое поместье отца -- Столбридж.

Как было принято в то время, в возрасте двенадцати лет Роберта вместе с братом отправили в путешествие по Европе. Он решил продолжить образование в Швейцарии и Италии и пробыл там долгие шесть лет. В Англию Бойль вернулся только в 1644 году, уже после смерти отца, который оставил ему значительное состояние.

В Столбридже он устроил лабораторию, где к концу 1645 года начал исследования по физике, химии и агрохимии. Бойль любил работать одновременно по нескольким проблемам. Обычно он подробно разъяснял помощникам, что предстоит им сделать за день, а затем удалялся в кабинет, где его ждал секретарь. Там он диктовал свои философские трактаты.

Ученый-энциклопедист, Бойль, занимаясь проблемами биологии, медицины, физики и химии, проявлял не меньший интерес к философии, теологии и языкознанию. Бойль придавал первостепенное значение лабораторным исследованиям. Наиболее интересными и разнообразными были его опыты по химии. Он считал, что химия, отпочковавшись от алхимии и медицины, вполне может стать самостоятельной наукой.

Поначалу Бойль занялся получением настоев из цветов, целебных трав, лишайников, древесной коры и корней растений. Самым интересным оказался фиолетовый настой, полученный из лакмусового лишайника. Кислоты изменяли его цвет на красный, а щелочи -- на синий. Бойль распорядился пропитать этим настоем бумагу и затем высушить ее. Клочок такой бумаги, погруженный в испытуемый раствор, изменял свой цвет и показывал, кислый ли раствор или щелочной. Это было одно из первых веществ, которые уже тогда Бойль назвал индикаторами.

Наблюдательный ученый не мог пройти мимо еще одного свойства растворов: когда к раствору серебра в азотной кислоте добавляли немного соляной кислоты, образовывался белый осадок, который Бойль назвал "луна корнеа" (хлорид серебра). Если этот осадок оставляли в открытом сосуде, он чернел. Это была аналитическая реакция, достоверно показывающая, что в исследуемом веществе содержится "луна" (серебро).

Молодой ученый продолжал сомневаться в универсальной аналитической способности огня и искал иные средства для анализа. Его многолетние исследования показали, что, когда на вещества действуют теми или иными реактивами, они могут разлагаться на более простые соединения. Используя специфические реакции, можно было определять эти соединения. Одни вещества образовывали окрашенные осадки, другие выделяли газ с характерным запахом, третьи давали окрашенные растворы и т. д. Процессы разложения веществ и идентификацию полученных продуктов с помощью характерных реакций Бойль назвал анализом. Это был новый метод работы, давший толчок развитию аналитической химии.

В 1654 году ученый переселился в Оксфорд, где продолжил свои эксперименты вместе с ассистентом Вильгельмом Гомбергом. Исследования сводились к одной цели: систематизировать вещества и разделить их на группы в соответствии с их свойствами.

После Гомберга его ассистентом стал молодой физик Роберт Гук. Они посвятили свои исследования в основном газам и развитию корпускулярной теории.

Узнав из научных публикаций о работах немецкого физика Отто Герике, Бойль решил повторить его эксперименты и для этой цели изобрел оригинальную конструкцию воздушного насоса. Первый образец этой машины был построен с помощью Гука. Исследователям удалось почти полностью удалить воздух насосом. Однако все попытки доказать присутствие эфира в пустом сосуде оставались тщетными.

-- Никакого эфира не существует, -- сделал вывод Бойль. Пустое пространство он решил назвать вакуумом, что по-латыни означает "пустой".

В 1660 году в своем поместье Бойль завершил свою первую большую научную работу -- "Новые физико-механические эксперименты относительно веса воздуха и его проявления". Следующей стала книга "Химик -- скептик". В этих книгах Бойль камня на камне не оставил от учения Аристотеля о четырех элементах, существовавшего без малого две тысячи лет, Декартова "эфира" и трех алхимических начал. Естественно, этот труд вызвал резкие нападки со стороны последователей Аристотеля и картезианцев. Однако Бойль опирался в нем на опыт, и потому доказательства его были неоспоримы. Большая часть ученых -- последователи корпускулярной теории -- с восторгом восприняли идеи Бойля. Многие из его идейных противников тоже вынуждены были признать открытия ученого.

Новым ассистентом у него в лаборатории Оксфорда становится молодой физик Ричард Таунли. Вместе с ним Бойль открыл один из фундаментальных физических законов, установив, что изменение объема газа обратно пропорционально изменению давления. Это означало, что, зная изменение объема сосуда, можно было точно вычислить изменение давления газа. Это открытие стало величайшим открытием XVII века. Бойль впервые описал его в 1662 году ("В защиту учения относительно эластичности и веса воздуха") и скромно назвал гипотезой.

Понятие упругости воздуха, что соответствует нынешнему понятию давлению, было определяющим в замыслах и в осуществлении опытов Бойля.

"Упругость воздуха, -- пишет Льоцци, -- была продемонстрирована Паскалем в опыте, повторенном Академией опытов и Герике. Пузырь с воздухом раздувается, если его поместить в барометрическую камеру или в резервуар, из которого откачан воздух. Опыт Герике с двумя сообщающимися сосудами также свидетельствовал об упругости воздуха". Заметим кстати, что из описанных опытов с воздухом родилась теория упругости. Этот термин, введенный Пекке в 1651 году, широко применялся Бойлем, который произвел также первые исследования упругости твердых тел. бойль мариотт физика закон

Против такого понимания ополчился Франческо Лино (1595--1675) который по существу отстаивал идеи, выдвинутые Фабри, а также Мерсенном, пытавшимися приписать эффект Торричелли и всасывание воды насосом сцеплению "крючковатых" частиц воды и воздуха, сталкивающихся друг с другом. В своей работе "Об эксперименте с ртутью в стеклянных трубках. ", опубликованной в 1660 году, Лино замечает, что если опустить в ртуть трубку, открытую с обоих концов, а затем прикрыть верхний конец пальцем и частично вытащить трубку из ртути, то чувствуется, что подушечка пальца втягивается внутрь трубки. Это притяжение, рассуждает далее Лино, свидетельствует не о внешнем атмосферном давлении, а о внутренней силе, обусловленной невидимыми нитями ("фуникулами") материальной субстанции, прикрепленными одним концом к пальцу, а другим к столбу ртути.

Сейчас такие идеи вызывают лишь улыбку, но тогда они нуждались в серьезном рассмотрении, что и сделал Бойль в своей работе "Защита против Лино", где ставит себе целью доказать, что упругость воздуха способна на большее, нежели простое удержание торричеллиева столба".

Бойль подробнейшим образом описывает свое исследование: "Мы взяли длинную стеклянную трубку, которая искусной рукой с помощью лампы была изогнута таким образом, что согнутая вверх часть была почти параллельна остальной части. Отверстие в этом более коротком колене. было герметически запаяно. Короткое колено по всей своей длине разделено на дюймы (каждый из которых еще поделен на восемь частей) с помощью полоски бумаги с нанесенными на ней делениями, которая была аккуратно приклеена к трубке". Такая же полоска бумаги была приклеена к длинному колену. Затем в трубку была налита "ртуть в таком количестве, чтобы она заполнила полукруглую или изогнутую часть сифона" и стояла на одном и том же уровне в обоих коленах. "Когда это было сделано, мы начали доливать ртуть в длинное колено. покуда воздух в коротком колене не оказался уменьшенным благодаря сжатию так, что он занял лишь половину первичного объема. Мы не спускали глаз с более длинного колена трубки. и мы заметили, что ртуть в этом более длинном колене трубки стояла на 29 дюймов выше, чем в другом".

Подводя итоги этим экспериментам, Бойль отметил: "Когда воздух был сжат настолько, что он был сгущен в объеме, составлявшем одну четверть первоначального, мы попробовали, насколько холод от льняной ткани, смоченной водой, сгустит воздух. И порой казалось, что воздух несколько сжимается, однако не настолько, чтобы на этом можно было строить какие-то заключения. Затем мы также попробовали, будет ли жар. расширять воздух; при приближении пламени свечи к той части, где был заключен воздух, обнаружилось, что теплота оказывает более заметное действие, нежели ранее действовавший холод".

Интересно, что выводы из исследований сделал не Бойль, а Таунли. Бойль указывает, что Ричард Таунли, читая первое издание его сочинения "Новые физико-механические эксперименты касательно упругости воздуха" высказал гипотезу, что "давления и протяжения обратно пропорциональны друг другу".

Я.Г. Дорфман пишет: "Пятнадцать лет спустя после опубликования этих исследований Бойлем, т. е. в 1679 году, во Франции появилась "Речь о природе воздуха" аббата Эдма Мариотта, в которой наряду с другими вопросами описывались аналогичные экспериментам Бойля опыты по изучению зависимости между давлением воздуха и занимаемым объемом. Мариотт ни словом не упоминает о своем предшественнике, словно ему совершенно неизвестны работы Бойля по пневматике. Между тем работы Бойля были широко известны: они публиковались на латинском и английском языке. Впрочем, Мариотт не впервые забыл упомянуть своего предшественника, ведь точно так же в 1673 году в труде о соударениях он ни словом не сказал о работе Гюйгенса, позаимствовав у последнего не только методику эксперимента, но и основы теории.

Осторожный и критически настроенный, Бойль называет открытый им закон только "гипотезой", требующей экспериментального подтверждения. Мариотт провозглашает его законом или правилом природы. Так что по справедливости "закон Бойля--Мариотта" должен именоваться "законом Бойля--Таунли" или "Бойля--Таунли--Гука". К сожалению, иногда в курсах физики ошибочно утверждается, будто Мариотт "уточнил" исследования Бойля, что совершенно не соответствует действительности".

Тем не менее именно Мариотт (1620--1684) предсказал различные применения закона. Из них наиболее важным был расчет высоты места по данным барометра. Расчет, производившийся путем оперирования с бесконечно малыми величинами, привел к неудаче вследствие слабой математической подготовки ученого.

Позднее в 1686 году к проблеме определения высоты по атмосферному давлению обратился английский астроном Эдмонд Галлей (1656-- 1742). Он известен большинству читателей по открытой им комете, носящей его имя. Так вот, Галлей нашел формулу, по существу правильную, если не учитывать изменения температуры. Суть формулы Галлея сводилась к утверждению, что по мере возрастания высоты в арифметической прогрессии атмосферное давление уменьшается в геометрической прогрессии.

Подобные документы

Характеристика законов Бойля-Мариотта, Бойля-Мариотта, Авогадро. Парциальное давление как давление, которое оказывал бы каждый газ смеси, если бы он один занимал объем, равный объему смеси. Знакомство с положениями молекулярно-кинетической теории газа.

презентация [625,5 K], добавлен 06.12.2016

Биографические сведения о Ньютоне - великом английском физике, математике и астрономе, его труды. Исследования и открытия ученого, эксперименты по оптике и теории цвета. Первый вывод Ньютоном скорости звука в газе, основанный на законе Бойля-Мариотта.

презентация [943,4 K], добавлен 26.08.2015

Равномерное и равноускоренное прямолинейное движение. Законы динамики, проявление закона сохранения импульса в природе и использование его в технике. Закон всемирного тяготения. Превращение энергии при механических колебаниях. Закон Бойля–Мариотта.

шпаргалка [243,2 K], добавлен 14.05.2011

Закон сохранения энергии и первое начало термодинамики. Внешняя работа систем, в которых существенную роль играют тепловые процессы. Внутренняя энергия и теплоемкость идеального газа. Законы Бойля-Мариотта, Шарля и Гей-Люссака, уравнение Пуассона.

презентация [0 b], добавлен 25.07.2015

Уравнение состояния идеального газа, закон Бойля-Мариотта. Изотерма - график уравнения изотермического процесса. Изохорный процесс и его графики. Отношение объема газа к его температуре при постоянном давлении. Уравнение и графики изобарного процесса.

презентация [227,0 K], добавлен 18.05.2011

Газообразное состояние вещества. Молекулярно-кинетическая теория. Идеальный газ. Квантовая статистика при низких температурах. Уравнение Менделеева-Клайперона, Бойля-Мариотта, Гей-Люссака. Каноническое распределение Гиббса, Максвелла и Больцмана.

презентация [353,7 K], добавлен 22.10.2013

Понятие вещества и его состояния (твердое, жидкое, газообразное, плазменное), влияние изменения температуры. Физическое состояние газа, характеризующееся величинами: температура, давление, объем. Формулировка газовых законов: Бойля-Мариотта, Гей-Люссака.

Газовые законы. Применение закона Бойля-Мариотта

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Изучить газовые законы;

Научиться объяснять законы с молекулярной точки зрения;

Изображать графики процессов;

Продолжить обучение решая экспериментальные задачи , используя Газовый закон Бойля-Мариотта.

Выяснить на практике зависимость давления газа от его объема.

Актуализация проекта

Что является объектом изучения МКТ?

Что в МКТ называют идеальным газом?

Для того чтобы описать состояние идеального газа используют три термодинамических параметра.

Микроскопические параметры идеального газа и макроскопические параметры.

Как создаётся давление газом?

Как объём связан с давлением газа?

При изменении давления газа, также меняется и его объем при условии неизменной массы и температуры газа.

В молекулярно-кинетической теории идеальным газом называют газ, состоящий из молекул, взаимодействие между которыми пренебрежимо мало

2.Газовые законы. Закон Бойля-Мариотта

Молекулярно-кинетическая теория (сокращённо МКТ) — теория XIX века, рассматривавшая строение вещества, в основном газов, с точки зрения трёх основных приближенно верных положений: все тела состоят из частиц: атомов, молекул и ионов; частицы находятся в непрерывном хаотическом движении (тепловом) ; частицы взаимодействуют друг с другом путём абсолютно упругих столкновений. Основными доказательствами этих положений считались: диффузия, броуновское движение, изменение агрегатных состояний вещества.[3]

Газовые законы

Изменение одного из макроскопических параметров вещества определенной массы — давления р, объема V или температуры t — вызывает изменение остальных параметров.

Если одновременно меняются все величины, характеризующие состояние газа, то на опыте трудно установить какие-либо определенные закономерности. Проще сначала изучить процессы, в которых масса и один из трех параметров — р, V или t — остаются неизменными. Количественные зависимости между двумя параметрами газа одной и той же массы при неизменном значении третьего параметра называют газовыми законами.

Закон Бойля—Мариотта

Бойль изучал изменение давления газа в зависимости от объема при постоянной температуре. Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянной температуре называют изотермическим (от греческих слов isos — равный, therme — тепло). Для поддержания температуры газа постоянной необходимо, чтобы он мог обмениваться теплотой с большой системой, в которой поддерживается постоянная температура, — термостатом. Термостатом может служить атмосферный воздух, если температура его заметно не меняется на протяжении опыта.

Бойль наблюдал за изменением объема воздуха, запертого в длинной изогнутой трубке столбом ртути (рис. 1, а). Вначале уровни ртути в обоих коленах трубки были одинаковыми и давление воздуха равно атмосферному (760 мм рт. ст.). Доливая ртуть в длинное колено трубки, Бойль заметил, что объем воздуха уменьшился вдвое, когда разность уровней в обоих коленах оказалась равной h = 760 мм, и, следовательно, давление воздуха увеличилось вдвое (рис. 1, б). Это навело Бойля на мысль о том, что объем данной массы газа и его давление находятся в обратно пропорциональной зависимости.

Дальнейшие наблюдения за изменением объема при доливании различных порций ртути подтвердили это заключение.

Независимо от Бойля несколько позднее французский ученый Э. Мариотт (1620—1684) пришел к тем же выводам. Поэтому найденный закон получил название закона Бойля—Мариотта. Согласно этому закону давление данной массы (или количества) газа при постоянной температуре обратно пропорционально объему газа: р ~ . Если р₁ — давление газа при объеме V₁, а р₂ — его давление при объеме V₂, то

Произведение давления газа данной массы на его объем постоянно, если температура не меняется.

Этот закон справедлив для любых газов, а также для смесей газов (например, для воздуха).

Убедиться в справедливости закона Бойля—Мариотта можно с помощью прибора, изображенного на рисунке 2. Герметичный гофрированный сосуд соединен с манометром, регистрирующим давление внутри сосуда. Вращением винта можно менять объем сосуда. Об объеме можно судить с помощью линейки. Меняя объем и измеряя давление, можно заметить, что уравнение выполняется.

Как и другие физические законы, закон Бойля—Мариотта является приближенным. При давлениях, в несколько сотен раз больших атмосферного, отклонения от этого закона становятся существенными.

На графике зависимости давления от объема каждому состоянию газа соответствует одна точка.

Процесс изменения давления газа в зависимости от объема изображается графически с помощью кривой, которая носит название изотермы (рис. 3). Изотерма газа выражает обратно пропорциональную зависимость между давлением и объемом. Кривую такого рода называют гиперболой. Разным постоянным температурам соответствуют различные изотермы, так как более высокой температуре при одном и том же объеме соответствует большее давление(1). Поэтому изотерма, соответствующая более высокой температуре t₂, лежит выше изотермы, соответствующей более низкой температуре t₁.

Молекулярно-кинетическое истолкование закона Бойля—Мариотта

Давление газа зависит от числа ударов молекул о стенку сосуда. Число ударов прямо пропорционально числу молекул в единице объема (концентрации n). При уменьшении объема газа концентрация увеличивается, так как n = , где N — число молекул в сосуде. Давление пропорционально концентрации и, следовательно, обратно пропорционально объему: р ~ n - . Так и должно быть согласно закону Бойля—Мариотта.

Закон Бойля—Мариотта устанавливает простую обратно пропорциональную зависимость между давлением и объемом газа при постоянной температуре. [2]

3.Область применения закона Бойля-Мариотта

Закон Бойля-Мариотта справедлив для любых газов, а так же и для их смесей, например, для воздуха.

А) сжатие воздуха компрессором

Б) расширение газа под поршнем насоса при откачивании газа из сосуда.

Другими словами воздух идет из окружающей среды в легкие самотеком до тех пор, пока величины давления в легких и в окружающей среде не выровняются.

Выдох происходит аналогично: вследствие уменьшения объема легких давление воздуха в них становится больше, чем внешнее атмосферное, и за счет обратного перепада давлений он переходит наружу.

Г)В огнестрельном оружии для выталкивания пули из ствола. В качестве теплоносителей; рабочего тела для выполнения механической работы (реактивные двигатели и снаряды, газовые турбины, парогазовые установки, пневмотранспорт и др.), физической среды для газового разряда (в газоразрядных трубках и др. приборах).

В технике используется свыше

30 различных газов.

Д) Газы в технике, применяются главным образом в качестве топлива; сырья для химической промышленности: химических агентов при сварке, газовой химико-термической обработке металлов, создании инертной или специальной атмосферы, в некоторых биохимических процессах. Газы также применяют в качестве амортизаторов (в шинах), рабочих тел в двигателях (тепловых на сжатом газе), двигателях внутреннего сгорания.[1]

4.Исследовательская часть

Рассмотрим газ заключенный в сосуд с подвижным поршнем. Его состояние характеризуется основными тремя параметрами: давлением, объемом и температурой.

Зависимость двух величин, при фиксированной третьей дает нам три газовых закона.[5]

Связь давления и объема при постоянной температуре исследовали английский физик Роберт Бойль и француз Эдм Мариотт.

Мои опыты я начну с того, чтобы использовать закон Бойля-Мариотта. Попробую оценить давление газа в бутылке с сильногазированным напитком и попробую доказать, что из напитка выходит углекислый газ.

Оборудование: бутылка с сильногазированным напитком, воздушный ( резиновый) шарик, сосуд с водой, мензурка, шприц объемом в 160 мл, спички, салфетки и лист бумаги А4 с маркером.

Как убедиться, что в бутылке именно углекислый газ?

В углекислом газе не происходит реакции горения и он тяжелее воздуха..

Значит, он должен осесть на дно мензурки и вытеснит воздух.

Но как извлечь газ из бутылки?

Для этого я использовал резиновый шарик, который натянул на горлышко бутылки. Аккуратно провернул крышку бутылки и выпустил из нее газ, который устремился в шарик. Шарик надулся. Значит, давление в нем стало равным атмосферному.

По закону Бойля-Мариотта ,во сколько раз уменьшится давление газа, во столько же раз увеличится объем.

Не допустив вытечки газа из шарика, я аккуратно снял его с горлышка бутылки и медленно выдавил содержимое внутрь мензурки.

Углекислый газ тяжелее воздуха, поэтому он опустится на дно цилиндра.

Где потухнет спичка, там будет граница углекислого газа с воздухом.

Я проделал эксперимент три раза и использовал среднее значение объема газа в мензурке.

Теперь нужно определить объем газа в бутылке. Для этого я использовал шприц и чистую воду. Набрал полный шприц воды и заполнил ею бутылку доверху. У меня поместилось 65 мл воды. Это и будет второй объем газа.

Осталось только рассчитать давление газа, используя закон Бойля-Мариотта.

5.Заключение

Итак, я исследовал зависимость давления газа от его объема доказав справедливость закона Бойля –Мариотта. Я убедился в том, что давление газа в бутылке очень велико и составляет более трех атмосфер.

Хотя полученный результат назвать точным сложно, поэтому я и поставил для себя цель не вычисления а оценки давления. И оно оказалось гораздо больше атмосферного!

Данный способ оценки давления очень интересный и доступен каждому.

Таким образом, познавать физику выполняя задачи, используя эксперимент, гораздо интереснее и поучительней.

Я считаю, что экспериментальные задачи-лучший способ изучения физики.

Такие опыты можно проводить с учениками в школе на внеурочной деятельности, что позволит заинтересовать не только старшие классы, но и младшие.

6.Список используемой литературы

1. Балыбердина И.Т. Физические методы переработки и использования газа

Учебник для вузов, М.: Недра, 1988 г. ,248 с.

2. Матвеев А.Н. Молекулярная физика

3.Мякишев. Физика. 10 класс. Учебник. Базовый уровень. ВЕРТИКАЛЬ. (ФГОС).

4. Скворцова Н.Н. Учебное пособие.Основы молекулярной биологии.

Министерство образования и науки РФ

5. Сорокин А.В. Наблюдение, эксперимент, моделирование, Элективный курс,2006

Закон Бойля-Мариотта. Изотерма ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

pV = const = С приT=const иm=const

Читайте также: