Определение термического коэффициента давления газа

Определение термического коэффициента давления газа

Факультет математики, физики и информатики

Кафедра общей физики

КУРС ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

Молекулярная физика

И термодинамика

к лабораторному практикуму

А.И. Грибков

Тула 2007

ББК 22.36р

кандидат физико-математических наук,

профессор кафедры теоретической физики ТГПУ им. Л.Н. Толстого

М75 Молекулярная физика и термодинамика. Методические рекомендации для студентов к лабораторному практикуму. / А. И. Грибков.– Тула: Издательство Тульского государственного педагогического университета им. Л. Н. Толстого, 2007.– 51 с.

Настоящее пособие представляет собой сборник методических рекомендаций по выполнению лабораторных работ и обработке экспериментальных данных при изучении курса «Молекулярная физика и термодинамика». Пособие предназначено для студентов-физиков, а так же может быть использовано студентами нефизических специальностей, преподавателями лицеев и гимназий.

© А. И. Грибков 2007

Предисловие

Настоящее пособие предназначено для проведения лабораторных занятий по дисциплине «Молекулярная физика и термодинамика» со студентами физических специальностей ТГПУ им. Л. Н. Толстого. Составлено на основе опыта проведения лабораторных занятий на протяжении ряда лет на физическом факультете университета. При работе над пособием были использованы материалы многих популярных лабораторных практикумов, а также методические материалы В.К. Акимова и А.П. Плотникова, учтены пожелания преподавателей факультета.

Пособие может быть полезно при преподавании физики на других факультетах и при самостоятельной работе студентов.

Лабораторная работа № 1

Определение термического коэффициента давления газа

Цель работы:определение термического коэффициента давления одинакового для всех идеальных газов; знакомство с жидкостным лабораторным термостатом.

Теоретическая часть

Изменение температуры газа при постоянном объеме приводит к изменению его давления, характеризуемого термическим коэффициентом давления, который определяется как относительное[1] изменение давления газа при изменении температуры на 1 градус Кельвина или Цельсия при постоянном объеме:

, (1)
где — бесконечно малое изменение давления газа, вызванное изменением температуры на величину , p— первоначальное давление, индекс V у производной показывает, что она берется при .

Для идеального газа этот коэффициент можно определить используя уравнение Менделеева–Клапейрона:

. (2)
Дифференцируя его по Т, при постоянном V, получим:

. (3)
Из уравнений (1), (2), (3) следует:

. (4)

Таким образом, термический коэффициент давления идеального газа обратно пропорционален абсолютной температуре. В частности, при Т = 273 К(0° С): .

Для экспериментального определения термического коэффициента давления воздуха воспользуемся законом Шарля:

, (5)
где t — температура газа по Цельсию, — давление данной массы газа при температуре t, — давление данной массы газа при 0 °C.

Из формулы (5) можно выразить термический коэффициент давления , но тогда для его расчета необходимо исследовать данную массу газа при 0 °C, однако технически это осуществить сложно. Проще нагреть газ до температуры выше комнатной, поэтому проведем исследование постоянной массы газа при двух различных температурах, одна из которой близка к комнатной температуре, а другая выше. Тогда:

(6)
и

. (7)
Решая систему уравнений (6,7), получим расчетную формулу:

. (8)

Экспериментальная часть

Описание установки

Прибор для определения термического коэффициента давления воздуха изображен на рис. 1. Он состоит из металлического баллона (Б), заполненного воздухом при пониженном давлении, который помещен в бак лабораторного термостата, заполненный минеральным маслом. Баллон (Б) соединен с вакуумметром (В) резиновой и металлической трубками.

Жидкостный лабораторный термостат (греч. therme- температура и statos- постоянный) СЖМЛ-19/2, используемый в установке, предназначен для поддержания заданной температуры в аппаратах различного типа в диапазоне от 30 °С до 250 °С. Термостат (см. рис.1) состоит из бака (1) и блока управления (2).

Блок управления предназначен для установки и автоматического поддержания температуры в баке термостата, а также для подачи теплоносителя во внешние термостатируемые объекты. В блоке управления размещены: электронный регулятор температуры, нагреватели (3), охладитель (4), электродвигатель, приводящий в действие насос и мешалку (5) , контактный термометр (6).

Тумблер «Насос» (7) предназначен для включения электронного блока и электродвигателя насоса и мешалки.

Термостатная жидкость (теплоноситель) в баке нагревается двумя нагревателями (3) по 1000 Вт каждый. Включение нагревателей и подбор мощности нагрева осуществляется тумблером «Режим» (8). В положение «Точно» мощность нагрева в два раза меньше, чем в режиме «Грубо». О работе нагревателей можно судить по индикаторной лампе (9), которая горит, когда через нагреватели идет ток.

Охладитель (4) представляет собой металлическую трубку, свернутую в виде спирали и помещенную в термостатную жидкость. Термостатная жидкость охлаждается при пропускании через охладитель водопроводной воды. Охладитель используется, если необходимо поддерживать температуру, близкую или ниже комнатной, а также, если необходимо перейти от заданной более высокой температуры к более низкой.

Контактный термометр (Рис. 2) служит задатчиком необходимой температуры. Он представляет собой ртутный термометр, в капилляр (1) которого введена тонкая металлическая игла (2).

Верхний конец иглы закреплен в гайке-установке (3), способной перемещаться вдоль длинного винта (4). Винт можно вращать с помощью магнита (5), который надевается на головку термометра. Электровыводы (6), (7) от столбика ртути и иглы подключаются к электронному блоку управления. Вращением магнита нижний конец иглы (2) устанавливают против требуемой рабочей температуры, ориентируясь по верхней вспомогательной шкале термометра (8). При повышении температуры до заданной столбик ртути в капилляре касается нижнего конца иглы, цепь замыкается, и блок управления отключает нагрев. При понижении температуры цепь размыкается, и блок управления включает нагреватели. Таким образом, в термостате поддерживается постоянная температура, близкая к заданной.

Контрольный термометр (10) (Рис. 1) предназначен для измерения температуры термостатной жидкости.

Вакуумметр (В) (Рис. 1) измеряет разряжение в баллоне (Б), следовательно, чтобы найти давление в баллоне, надо из атмосферного давления вычесть показание вакуумметра. Шкала вакуумметра имеет 100 делений и рассчитана на 1 кгс/см 2 (кгс- килограмм сила; 1кгс = 9,80665 Н). 1 кгс/см 2 = 1ат= 736 мм рт. ст. (ат- атмосфера техническая), следовательно, цена деления шкалы С= 7,36 мм рт. ст., и тогда , где n— отсчет по вакуумметру в делениях шкалы, — атмосферное давление в мм рт.ст. Например: показание барометра pат=750 мм рт. ст., а стрелка вакуумметра указывает на деление n= 27,5. Тогда

Выполнение работы

1. Определить температуру в лаборатории ( ) и атмосферное давление ( ). Результаты записать.

2. Убедившись в том, что тумблер «Режим» находится в нейтральном положении, включить двигатель мешалки тумблером «Насос».

3. Через 1 мин определить температуру газа в баллоне по контрольному термометру. При этом температура газа в баллоне не должна превышать температуру в лаборатории более чем на 10 °С. Если это не так, то необходимо подключить охладитель термостата к водопроводной сети и понизить температуру в термостате до достижения выше обозначенного условия.

4. Записать показания контрольного термометра ( ) и вакуумметра ( ).

5. С помощью контактного термометра установить температуру (по нижнему краю гайки-установки) t2»50-65 °С (точное значение задает преподаватель). Тумблер «Режим» перевести в положение «Грубо», при этом включатся нагреватели термостата и загорится контрольная лампа.

6. Следить за работой термостата в режиме разогрева по сигнальной лампе и показаниям термометра и вакуумметра, при этом температура будет повышаться, а показания вакуумметра уменьшаться. При достижении температуры на 5°С ниже заданной, тумблер «Режим» перевести в положение «Точно»- режим пониженной мощности. Далее продолжить следить за работой термостата и в момент когда контрольная лампа погаснет необходимо включить секундомер и засечь 10 мин- время, необходимое для прогрева газа в баллоне. По истечении этого времени записать температуру ( ) по контрольному термометру и показания вакуумметра ( ).

7. Тумблер «Режим» перевести в нейтральное положение, а тумблером «Насос» выключить двигатель мешалки.

8. Вычислить по формуле (8), абсолютную ( ) и относительную ( ) погрешности. Сравнить с табличным значением.

Отличие полученного результата от табличного объясняется систематической ошибкой, возникающей из-за того, что воздух внутри соединительных трубок и вакуумметра остается при комнатной температуре. Поэтому давление в баллоне оказывается ниже, чем при полном нагреве всей установки из-за перетекания части воздуха из баллона в вакуумметр.

Читайте также  Электрический ток в газах - материалы для подготовки к ЕГЭ по Физике

9. Ввести поправку, вычислив давление , которое установилось бы в баллоне при полном нагреве установки, по формуле:

, (9)
где объем вакуумметра см 3 , объем баллона см 3 .

Источник:
http://cyberpedia.su/13x17e4e.html

Работа 28. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО КОЭФФИЦИЕНТА ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА

Задание: Определить термический коэффициент давления воздуха.

Оборудование и принадлежности: установка для проведения измерений, барометр.

Установка для определения термического коэффициента давления газа (газовый термометр) состоит из баллона В (рис. 1), заполненного воздухом. Баллон с помощью узкой трубки с краном К соединен с UОбразным манометром М. Кран К служит для сообщения баллона В с атмосферой. Баллон В помещен в термостат А. Температура в термостате контролируется с помощью термометра Д.

Общие сведения. Термический коэффициент давления газа характеризует относительное изменение давления при изменении температуры на 1 К при постоянном объеме

(1)

Для определения коэффициента a используем уравнение состояния идеального газа

. (2)

Продифференцируем уравнение (2), принимая объем постоянным

. (3)

Из уравнений (1) — (3) получаем:

. (4)

Итак, термический коэффициент давления a обратно пропорционален абсолютной температуре.

Теория метода. Если температура газа меняется не более, чем на 5-10 К, то можно заменить на , где DP – изменение давления при нагревании данной массы газа на DT K при постоянном объеме. Тогда выражение (1) примет вид

. (5)

Если давление измеряется U-образным манометром, то

,

Где H – разность уровней жидкости в коленах манометра, r – плотность манометрической жидкости. Учитывая, что

, ,

Где T1 и T2 – начальная и конечная температура воздуха в данном опыте, получим окончательно

. (6)

Порядок выполнения задания

1. Установить в баллоне В атмосферное давление. Закрыть кран К. Заметить отметку по шкале, около которой установится уровень масла в левом колене манометра. Включить мотор термостата.

2. Нагреть газ в баллоне до температуры T2. Привести уровень масла в левом колене манометра к замеченной ранее метке, для чего необходимо поднять правое колено манометра на высоту H. Измерить H. Опустить правое колено манометра. Открыть кран К.

3. По формуле (6) оценить минимальную относительную погрешность косвенных измерений величины a.

4. Измерения провести для трех значений T2 (через 5 К).

5. По формуле (6) определить термический коэффициент давления a для каждого значения температуры T2.

6. Определить в интервале температур 290 – 308 К.

7. Результаты измерений и расчетов занести в таблицу.

На основании проделанных измерений сформулировать цель работы и сделать выводы.

1. Каков физический смысл термического коэффициента давления газа?

2. От каких параметров зависит термический коэффициент давления газа?

3. Вывести расчетную формулу.

4. Каков порядок выполнения работы?

5. Как можно использовать установку данной работы в качестве термометра?

1. Кембровский Г. С. Приближённые вычисления и методы обработки результатов измерений в физике.-Минск: Изд-во «Университетское», 1990.-189 с.

2. Кикоин А. К., Кикоин И. К. Молекулярная физика. — М.: Наука, 1976.-480 с.

3. Ландау Л. Д., Ахиезер А. И., Лифшиц Е. М. Курс общей физики: Механика и молекулярная физика. — М.: Наука, 1969. — 400 с.

4. Матвеев А. Н. Молекулярная физика. — М.: Высшая школа, 1987 -360 с.

5. Савельев И. В. Курс общей физики. — М.: Наука, 1982. Т. 1. Механика. Молекулярная физика. -432 с.

6. Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.: Наука, 1990 Т. 2. Термодинамика и молекулярная физика. -592 с.

7. Физический практикум. Под ред. Кембровского Г. С. — Минск: Изд-во «Университетское», 1986. -352 с.

Источник:
http://www.webpoliteh.ru/rabota-28-opredelenie-termicheskogo-koefficienta-davleniya-vozduxa/

Определение термического коэффициента давления газа, температуры абсолютного нуля и подтверждение газового закона Шарля

· С помощью нагрева замкнутого объема газа до Т=100С изучить линейность зависимости давления газа от его температуры

· На основании этой зависимости найти температурный коэффициент давления газа

· Экспериментальная определить температуру абсолютного нуля Т0

Оборудование и материалы:

Лабораторный комплекс ЛКТ-9 (см. Приложение 2), включающий чайник, герметичный сосуд, манометр, шланги, кран, штуцер

Все газы при давлениях Р, не превышающих существенно атмосферное давление Ратм=10 5 н/м 2 =10 5 Па (Р

· Закон БойляМариотта (m = const, T = const).

· Закон Гей-Люссака (m = const, P = const)

· Закон Шарля (m = const, V = const).

Для данной массы газа при постоянном объеме давление газа изменяется линейно с ростом температуры:
,
где P – давление газа при температуре t°;
P – давление газа при 0°C;
g – термический коэффициент давления газа ( ).

Термический коэффициент давления газа показывает, на какую часть относительно первоначального давления изменится давление газа при его нагревании на 1°С.

Для идеального газа также .

Изохорический процесс, т.е. процесс, протекающий при постоянном объеме на диаграмме (P, t°) изобразится прямой линией. Различные прямые соответствую различным объемам и называются изохорами.

Заметим теперь, что все изобары и изохоры пересекают ось t° в одной и той же точке, определяемой из условия 1+γ×t°=0. Откуда .

Если за начало отсчета температуры взять нуль (как это и было), то получим шкалу температур по Цельсию. Если сместить начало отсчета в точку -273.15, то перейдем к другой температурной шкале, которая называется абсолютной (или шкалой Кельвина).

В соответствии с определением абсолютной шкалы между абсолютной температурой (Т) и температурой по Цельсию (t) существует следующее соотношение:

. (1)

Температура, равная 0°К называется абсолютным нулем.

Для установления абсолютной шкалы температур и абсолютного нуля мы воспользовались законами Гей-Люссака и Шарля и поступили сугубо формально. Однако Кельвин в 1852г., исходя из иных физических соображений установил такую же абсолютную шкалу температур с тем же значением абсолютного нуля, какие ранее были получены формально. Поэтому понятия абсолютной температуры и абсолютного нуля не следует рассматривать как формальные, не имеющие физического смысла. Кельвин показал, что абсолютный нуль – это самая низкая из возможных температур вещества. При абсолютном нуле прекращается хаотическое движение молекул в веществе. Однако это не означает, что в нем прекращается всякое движение. Сохраняется, например, движение электронов в атоме. В настоящее время удается охлаждать малые объемы вещества до температуры очень близкой к абсолютному нулю, не достигая последнего лишь на несколько тысячных долей градуса.

Перейдем теперь в уравнении, описывающего закон Шарля от температуры по Цельсию к абсолютной температуре, подставив вместо t величину .

Тогда

Из этого следует, что

где индексы 1 и 2 относятся к произвольным состояниям, лежащим на одной и той же изобаре (для уравнения (9.3)), или одной и той же изохоре (для уравнения (9.4)).

Итак, при постоянном давлении объем газа пропорционален абсолютной температуре; и при постоянном объеме давление газа пропорционально абсолютной температуре.

Всякий реальный газ тем точнее следует уравнениям PV = const, , , чем меньше его плотность, т.е., чем больший объем он занимает.

В соответствии с уравнением PV = const, объем растет с уменьшением давления, а согласно с объем возрастает с температурой. Следовательно, рассмотренные газовые законы справедливы при не слишком низких температурах и невысоких давлениях.

Газ, который точно следует этим уравнениям, называется идеальным. Всякий реальный газ по мере убывания его плотности приближается к идеальному.

Источник:
http://studopedia.org/14-18988.html

Изопроцессы

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: изопроцессы — изотермический, изохорный, изобарный процессы.

На протяжении этого листка мы будем придерживаться следующего предположения: масса и химический состав газа остаются неизменными. Иными словами, мы считаем, что:

• , то есть нет утечки газа из сосуда или, наоборот, притока газа в сосуд;

• , то есть частицы газа не испытывают каких-либо изменений (скажем, отсутствует диссоциация — распад молекул на атомы).

Читайте также  Рабочее давление и расход сжатого воздуха

Эти два условия выполняются в очень многих физически интересных ситуациях (например, в простых моделях тепловых двигателей) и потому вполне заслуживают отдельного рассмотрения.

Если масса газа и его молярная масса фиксированы, то состояние газа определяется тремя макроскопическими параметрами: давлением, объёмом и температурой. Эти параметры связаны друг с другом уравнением состояния (уравнением Менделеева — Клапейрона).

Термодинамический процесс (или просто процесс) — это изменение состояния газа с течением времени. В ходе термодинамического процесса меняются значения макроскопических параметров — давления, объёма и температуры.

Особый интерес представляют изопроцессы — термодинамические процессы, в которых значение одного из макроскопических параметров остаётся неизменным. Поочерёдно фиксируя каждый из трёх параметров, мы получим три вида изопроцессов.

1. Изотермический процесс идёт при постоянной температуре газа: .
2. Изобарный процесс идёт при постоянном давлении газа: .
3. Изохорный процесс идёт при постоянном объёме газа: .

Изопроцессы описываются очень простыми законами Бойля — Мариотта, Гей-Люссака и Шарля. Давайте перейдём к их изучению.

Изотермический процесс

Пусть идеальный газ совершает изотермический процесс при температуре . В ходе процесса меняются только давление газа и его объём.

Рассмотрим два произвольных состояния газа: в одном из них значения макроскопических параметров равны , а во втором — . Эти значения связаны уравнением Менделеева-Клапейрона:

Как мы сказали с самого начала,масса и молярная масса предполагаются неизменными.

Поэтому правые части выписанных уравнений равны. Следовательно, равны и левые части:

Поскольку два состояния газа были выбраны произвольно, мы можем заключить, что в ходе изотермического процесса произведение давления газа на его объём остаётся постоянным:

Данное утверждение называется законом Бойля — Мариотта.

Записав закон Бойля — Мариотта в виде

можно дать и такую формулировку: в изотермическом процессе давление газа обратно пропорционально его объёму. Если, например, при изотермическом расширении газа его объём увеличивается в три раза, то давление газа при этом в три раза уменьшается.

Как объяснить обратную зависимость давления от объёма с физической точки зрения? При постоянной температуре остаётся неизменной средняя кинетическая энергия молекул газа, то есть, попросту говоря, не меняется сила ударов молекул о стенки сосуда. При увеличении объёма концентрация молекул уменьшается, и соответственно уменьшается число ударов молекул в единицу времени на единицу площади стенки — давление газа падает. Наоборот, при уменьшении объёма концентрация молекул возрастает, их удары сыпятся чаще и давление газа увеличивается.

Графики изотермического процесса

Вообще, графики термодинамических процессов принято изображать в следующих системах координат:

• -диаграмма: ось абсцисс , ось ординат ;
• -диаграмма: ось абсцисс , ось ординат ;
• -диаграмма: ось абсцисс , ось ординат .

График изотермического процесса называется изотермой.

Изотерма на -диаграмме — это график обратно пропорциональной зависимости .

Такой график является гиперболой (вспомните алгебру — график функции ). Изотерма-гипербола изображена на рис. 1 .

Рис. 1. Изотерма на -диаграмме

Каждая изотерма отвечает определённому фиксированному значению температуры. Оказывается, что чем выше температура, тем выше лежит соответствующая изотерма надиаграмме.

В самом деле, рассмотрим два изотермических процесса, совершаемых одним и тем же газом (рис. 2 ). Первый процесс идёт при температуре , второй — при температуре .

Рис. 2. Чем выше температура, тем выше изотерма

Фиксируем некоторое значение объёма . На первой изотерме ему отвечает давление , на второй — p_1′ class=’tex’ alt=’p_2 > p_1′ /> . Но при фиксированном объёме давление тем больше, чем выше температура (молекулы начинают сильнее бить по стенкам). Значит, T_1′ class=’tex’ alt=’T_2 > T_1′ /> .

В оставшихся двух системах координат изотерма выглядит очень просто: это прямая, перпендикулярная оси (рис. 3 ):

Рис. 3. Изотермы на и -диаграммах

Изобарный процесс

Напомним ещё раз, что изобарный процесс — это процесс, проходящий при постоянном давлении. В ходе изобарного процесса меняются лишь объём газа и его температура.

Типичный пример изобарного процесса: газ находится под массивным поршнем, который может свободно перемещаться. Если масса поршня и поперечное сечение поршня , то давление газа всё время постоянно и равно

где — атмосферное давление.

Пусть идеальный газ совершает изобарный процесс при давлении . Снова рассмотрим два произвольных состояния газа; на этот раз значения макроскопических параметров будут равны и .

Выпишем уравнения состояния:

Поделив их друг на друга, получим:

В принципе, уже и этого могло бы быть достаточно, но мы пойдём немного дальше. Перепишем полученное соотношение так, чтобы в одной части фигурировали только параметры первого состояния, а в другой части — только параметры второго состояния (иными словами, «разнесём индексы» по разным частям):

А отсюда теперь — ввиду произвольности выбора состояний! — получаем закон Гей-Люссака:

Иными словами, при постоянном давлении газа его объём прямо пропорционален температуре:

Почему объём растёт с ростом температуры? При повышении температуры молекулы начинают бить сильнее и приподнимают поршень. При этом концентрация молекул падает, удары становятся реже, так что в итоге давление сохраняет прежнее значение.

Графики изобарного процесса

График изобарного процесса называется изобарой. На -диаграмме изобара является прямой линией (рис. 4 ):

Рис. 4. Изобара на -диаграмме

Пунктирный участок графика означает, что в случае реального газа при достаточно низких температурах модель идеального газа (а вместе с ней и закон Гей-Люссака) перестаёт работать. В самом деле, при снижении температуры частицы газа двигаются всё медленнее, и силы межмолекулярного взаимодействия оказывают всё более существенное влияние на их движение (аналогия: медленный мяч легче поймать, чем быстрый). Ну а при совсем уж низких температурах газы и вовсе превращаются в жидкости.

Разберёмся теперь, как меняется положение изобары при изменении давления. Оказывается, что чем больше давление, тем ниже идёт изобара надиаграмме.
Чтобы убедиться в этом, рассмотрим две изобары с давлениями и (рис. 5 ):

Рис. 5. Чем ниже изобара, тем больше давление

Зафиксируем некоторое значение температуры . Мы видим, что . Но при фиксированной температуре объём тем меньше, чем больше давление (закон Бойля — Мариотта!).

Стало быть, p_1′ class=’tex’ alt=’p_2 > p_1′ /> .

В оставшихся двух системах координат изобара является прямой линией, перпендикулярной оси (рис. 6 ):

Рис. 6. Изобары на и -диаграммах

Изохорный процесс

Изохорный процесс, напомним, — это процесс, проходящий при постоянном объёме. При изохорном процессе меняются только давление газа и его температура.

Изохорный процесс представить себе очень просто: это процесс, идущий в жёстком сосуде фиксированного объёма (или в цилиндре под поршнем, когда поршень закреплён).

Пусть идеальный газ совершает изохорный процесс в сосуде объёмом . Опять-таки рассмотрим два произвольных состояния газа с параметрами и . Имеем:

Делим эти уравнения друг на друга:

Как и при выводе закона Гей-Люссака, «разносим» индексы в разные части:

Ввиду произвольности выбора состояний мы приходим к закону Шарля:

Иными словами, при постоянном объёме газа его давление прямо пропорционально температуре:

Увеличение давления газа фиксированного объёма при его нагревании — вещь совершенно очевидная с физической точки зрения. Вы сами легко это объясните.

Графики изохорного процесса

График изохорного процесса называется изохорой. На -диаграмме изохора является прямой линией (рис. 7 ):

Рис. 7. Изохора на -диаграмме

Смысл пунктирного участка тот же: неадекватность модели идеального газа при низких температурах.

Далее, чем больше объём, тем ниже идёт изохора надиаграмме (рис. 8 ):

Рис. 8. Чем ниже изохора, тем больше объём

Доказательство аналогично предыдущему. Фиксируем температуру и видим, что . Но при фиксированной температуре давление тем меньше, чем больше объём (снова закон Бойля — Мариотта). Стало быть, V_1′ class=’tex’ alt=’V_2 > V_1′ /> .

В оставшихся двух системах координат изохора является прямой линией, перпендикулярной оси (рис. 9 ):

Читайте также  Как выбрать автоматический выключатель по току, сечению кабеля, мощности

Рис. 9. Изохоры на и -диаграммах

Законы Бойля — Мариотта, Гей-Люссака и Шарля называются также газовыми законами.

Мы вывели газовые законы из уравнения Менделеева — Клапейрона. Но исторически всё было наоборот: газовые законы были установлены экспериментально, и намного раньше. Уравнение состояния появилось впоследствии как их обобщение.

Источник:
http://ege-study.ru/ru/ege/materialy/fizika/izoprocessy/

Что представляет собой коэффициент температурного расширения?

Объясните физический смысл понятий: абсолютное гидростатическое давление в жидкости, весовое давление, манометрическое и вакуумметрическое давление, давление насыщенного пара.

Абсолютное гидростатическое давление в жидкости можно вычислить по формуле, которая называется основным уравнением гидростатики

p = р0 + ρ⋅g⋅h , где рвес – весовое давление. Давление газа р0 передается через жидкость на глубину h по закону Паскаля (Давление р0, созданное на жидкость любым путем, передается во все точки объёма жидкости без изменения). Это уравнение связывает давления на двух горизонтальных плоскостях в жидкости.

Весовое давление — давление за счет веса жидкости ( также называют давление

столба жидкости). Оно выражается следующим уравнением: Рвес = ρ⋅g⋅h

Избыточное давление (манометрическое) есть разность между полным и атмосферным давлением. Ризб = Рман = Р – Ратм = γ h. Для измерения избыточного давления пользуются манометром.

Вакууметрическое давление – другой вид давления, показываемое прибором вакуумметром. Она связано с полным следующим уравнением: Рв = Ратм – Р. Величина Рв не может быть больще 1 атм, тк полное давление не может быть меньше абсолютного нуля.

Насы́щенный пар — пар, находящийся в термодинамическом равновесии с жидкостью или твёрдым телом того же состава. Давление насыщенного пара сильно зависит от температуры. При равенстве внешнего давления давлению насыщенного пара происходит кипение (жидкости). Разные вещества при данной температуре имеют разные давления насыщенного пара

В чем различие между плотностью и объемным весом?

Плотность ρ – это масса единицы объема жидкости (кг/м3): ρ = m/V

где m – масса, кг V – объем, м3

Плотность воды при температуре +4 С равна 1000 кг/м3. Другие значения плотности вода в зависимости от температуры можно найти в справочных данных. Легко заметить, что плотность воды зависит от температуры незначительно. В большинстве гидравлических расчетов свойствами сжимаемости и температурного расширения жидкостей проенебрегают, например, для воды считают плотность посмтоянной и равной 1000 кг/м3.

Удельный вес γ – это вес единицы объема жидкости (Н/м3): γ = G / V

где G — вес (сила тяжести), Н, V – объем, м3.

Связвны удельный вес м плотность через ускорение свободного падения g так: γ = ρ g

Какова связь между коэффициентом объемного сжатия и объемным модулем упругости?

Сжимаемость – это свойство капельной жидкости изменять свой объем под действием давления. Он характеризуется коэффициентом объемного сжатия βp, который представляет собой относительное изменение объема жидкости при увеличении давления на единицу: β p= − Δ W / W Δ P,

где W – первоначальный объем; ΔW – изменение объема; Δp – изменение давления. Знак “минус” указывает, что увеличению давления соответствует уменьшение объема.

Величина, обратная коэффициенту βp , представляет собой объемный модуль упругости жидкости

Выражая объем через плотность и переходя к дифференциалам, получим

K =ρ * dP/ dρ или Κ/ ρ = dP/ dρ = a 2

где a – скорость распространения волн в упругой среде, равная скорости звука в той же среде.

В большинстве случаев капельные жидкости можно считать практически несжимаемыми, т.е. принимать их плотность не зависящей от давления. Но при очень высоких давлениях и упругих колебаниях сжимаемость жидкостей следует учитывать.

Что представляет собой коэффициент температурного расширения?

Т е п л о в о е р а с ш и р е н и е – свойство жидкости изменять объем при изменении температуры, характеризуется коэффициентом αt объемного расширения, который представляет собой относительное изменение объема при изменении температуры на 1С:

где Δt = t – t0 — изменение температуры.

Тогда плотность ρ при температуре t будет ρ = ρ0 / (1+ αΔ t ), (1.8)

где ρ0 – плотность при температуре t0 .

Для капельных жидкостей изменение плотности от температуры в определенных пределах можно пренебречь. Однако когда жидкость заключена в замкнутом жестком объеме, увеличение температуры может привести к опасному повышению давления. В отличие от капельных жидкостей газы характеризуются значительной сжимаемостью и высокими значениями коэффициента температурного расширения. В большинстве случаев при расчетах свойствами сжимаемости и температурного расширения пренебрегают.

Источник:
http://lektsii.org/15-55393.html

Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Термический коэффициент давления

Это соотношение связывает термический коэффициент давления системы с зависимостью ее энтропии от объема . [c.37]

Вычисленные термические коэффициенты давления подставляем в (У-39) и окончательно получаем [c.112]

Зависимость между температурой газа и давлением при условии, что его объем остается постоянным, была открыта ученым Шарлем в 1787 г. Он установил, что при нагревании данной массы газа на 1° С при постоянном объеме его давление увеличивается на 11273 того давления, которое данная масса газа имела при 0° С (закон Шарля). Величина 1/273 называется термическим коэффициентом давления и обозначается у. [c.11]

Продолжая обсуждение теплофиаических свойств жидкостей, следует вьщвлить также изучение таких харвктернстик, как термический коэффициент давления, термическое и внутреннее давление. Анализ этих последних вопросов в связи с уравншием состояния имеется в работе /85/. [c.50]

Величина 273,16 получается как обратное значение термического коэффициента расширения (или термического коэффициента давления) идеального газа. Она была найдена путем экстраполяции к р->-0 зависимости этих величин от давления для реальных газов. (В качестве исходных реперных точек брались точки плавления льда и кипения воды при р= 1 атм.) Этому интерЕШлу приписывалось значение 100°С. [c.25]

Стасенко В,А. Исследование адиабатического термического коэффициента давления жидкостей Автореф. дис.. .. канд. физ.-мат. наук. М 1984. [c.92]

На ранее созданных калориметрических установках с адиабатическим калориметром проводились прецизионные измерения изохорной теплоемкости, теплоты и температуры фазовьк переходов, термического коэффициента давления. Исследовались главным образом однокомпонентные и бинарные системы при давлениях до 8-14 МПа и [c.195]

Расчет коэффициента адиабатической сжимаемости Рз = = — (Й1п У/дP)s связан с формулой Лапласа 114.29), а потому — с акустическими исследованиями растворов, в которых наряду с измерениями скорости звука часто изучается поглощение звука. Изотермическую сжимаемость определяют прямыми и косвенными методами. Прямые методы предполагают экспериментальное изучение зависимости объема от давления Кт — — дУ/йР)т. В качестве примера можно упомянуть исследования Кт в системах НгО — ДМСО [253], НгО — /-ВиОН [254], разбавленных водных растворов спиртов, амидов и ацетонитрила [109]. Косвенные методы основаны на использовании формулы (111.31), либо на экспериментальном определении термического коэффициента давления (дР/дТ)у = я и формуле р — = р/л, где ар =(д 1п У дТ)р. Последним способом были определены изотермические сжимаемости в системе НгО— Hз N при 298 и 318 К [255]. Чаще, однако, используется соотношение (111.31). [c.148]

Ноуз [45] распространил дырочную теорию полимерных жидкостей на смеси. Рассматривая частичную функцию для сие-С Й, он нашел, что в этом случае формулы для чистых жидкостей сохраняются по форме, только трансформируются характеристические параметры. Результаты теории используются для расчетов поверхностного натяжения сополимеров, термического коэффициента давления жидких смесей и других величин. [c.65]

Смотреть страницы где упоминается термин Термический коэффициент давления: [c.10] [c.434] [c.112] [c.163] [c.646] [c.657] [c.323] [c.7] [c.29] [c.111] [c.11] [c.11] [c.7] [c.189] [c.60] [c.5] [c.360] [c.29] Физико-химия полимеров 1978 (1978) — [ c.323 , c.365 ]

Источник:
http://www.chem21.info/info/718303/