Če želite raziskati odvisnost tlaka na temperaturi - ni nič lažje ...

Preiskava fizikalnih lastnosti plina

Zgodovina znanstvenih odkritij se zelo pogosto začne z dejstvom, da je "prava" oseba na pravem mestu in ob pravem času. Torej se je zgodilo s preučevanjem plinov. Francoski fizik, kemik, inženir Serge Charles je bil zainteresiran za aeronavtiko. V zvezi s tem je bilo potrebno preučiti odvisnost tlaka na temperaturi zraka. Seveda je bila toplota vedno prvo orodje raziskovalcev. Še vedno pa je močan, enostavno nadzorovan vir energije in vedno pri roki. Najstarejši instrument spoznanja je bil vedno temeljni kamen, na primer "dobro, dobro, poglejmo, kaj se bo zgodilo, če bo malo toplo, in če dodate šifriranje" itd.

In kaj je Charles zanimal v plinih? Let`s do svoje raziskave. Vzamemo stekleno cev, na eni strani pa je tesno zaprta, znotraj pa uredimo bat, ki zdrsne vzdolž cevi. Nato bomo namestili vir toplotne energije - redno žarnico - in opremili naš laboratorij merilniki temperature in pritiska - konec koncev, odvisnost temperature od tlaka, ki jo bomo raziskali. Torej, začnimo ...

Imamo nekaj količine plina v prostornini, omejeni z dnom cilindra in batom. Bat popravimo in segrejemo preskusni plin z alkoholom. Zapišemo več vrednosti tlaka Pn in temperature plina Tn. Pri analizi dobljenih podatkov vidimo, da ima odvisnost od temperature odvisen od temperature, saj se temperatura poveča, tudi tlak se poveča. Upoštevajte, da je bat podvržen različnim pritiskom: zunanja je atmosferska in od znotraj - od segretega plina. Pri naslednjem eksperimentu odstranite držalo bata in videli, da se bata premakne, da izenači tlake. Toda obenem se je spremenila prostornina plina, njegova količina (masa) pa je ostala enaka. Zato je zaključek, ki ga je dosegel Charles: z maso in prostornino nespremenjen, tlak plina je neposredno sorazmeren temperaturi - neprecenljivo in okusno.

Z drugimi besedami, pri konstantnem volumnu iz ogrevanja se tlak poveča in pri stalnih tlakih pri segrevanju poveča volumen. Za aeronavtiko to pomeni, da ko se zrak segreva iz gorilnika, se širi in njena prostornina poveča, volumen krogle pa ne. Zato presežek zraka zapusti žogo in v njej ostane zračna masa manj kot masa enake prostornine zraka od zunaj. Sprožilci zakon Arhimedov, in nič ne ostane za žogo, kako leteti za radost javnosti.

Najpomembnejši zaključek pa je, da sta tlak P in temperatura T medsebojno odvisna od razmerja P1 / T1 = P2 / T2 = hellip -. = Pn / Tn = CONST. Lahko se navede na drugačen način: P = k * T, kjer je k določena plinska konstanta. Če te odnose uporabimo za enoto vrednosti temperature, tlaka in prostornine, lahko dobimo znane konstante. Na primer, prostornina plina se poveča s segrevanjem 1 stopinja na 1/273 začetne vrednosti.

Seveda veliko zanimanje povzroča odvisnost pritiska na temperaturo snovi med faznimi prehodi, na primer tekočine v plinu. Najbližji cilj za tovrstne raziskave je voda. Hlapi, ki tvorijo nad vodno površino, so posledica prehoda določenega števila molekul iz vode v zunanji medij. To ovirajo dva dejavnika - sile površinska napetost in zunanjega tlaka. Lahko jih premagamo le z molekulami z zadostnim energetskim potencialom - ekvivalentom temperature. Obstajata dva načina za doseganje tega potenciala: lahko povečate energijo molekul s segrevanjem vode ali zmanjšate nasprotje zunanjega tlaka. Prvo metodo potrjuje dobro poznano dejstvo - ogrevana voda hitreje izpareva, druga pa zmanjša energijski prag molekul, ki zapuščajo "starševsko" okolje.

Vrnemo se k naši laboratorijski instalaciji. Prostor pod batom se napolni z vodo, zelo malo, dobesedno 20-40 g. Upoštevajte, da se mora bat prosto gibati, sistem pa mora imeti odlagalni ventil. Če se voda segreva, nastane vodne pare premaknejo bat in spustijo svoje "mesto pod soncem". Prostor nad batom je treba priključiti na vir zraka z različnim tlakom, na primer namestite drugi bat z ročnim drogom. Zdaj lahko preučimo odvisnost temperature hlapov na tlak. Premikanje bata s palico spreminjamo zunanji tlak za prvi bat. Vmesni podatki so določeni. Pravilno je določiti temperaturo pare v stanju dinamičnega ravnovesja, tj. neprekinjeno, vsaj na kratko, kar pomeni. Če zanemarimo izmenjavo toplote z okoljem, se vedenje hlapov ne razlikuje veliko od vedenja idealen plin.

Zanimivo je, da tudi pri takšni primitivni postavitvi opazimo odvisnost vrelišče od tlaka. Spomnimo, da vrelišče imenujemo prehod tekočine v pare s tvorbo mehurčkov skozi celotno količino tekočine. Tako. zelo enostavno popravite vrenje. In tudi tu, ko se tlak poveča, se temperatura vrenja tekočine poveča, kar pomeni, da je enostavno pokazati neverjeten trik za nepredvidene - vrelo vodo pri temperaturi le 80 stopinj Celzija ali, navidez v nasprotju s pametnim, več kot 110 enakih stopinj Celzija.

Torej, po proučevanju obnašanja plina, je bila pod vplivom virov toplote na snovi ustvarjena različna termalna naprava: parni stroj, lokomotiva, lokomotiva, motor z notranjim zgorevanjem. In le redki ljudje vedo, da je treba med prvimi, seveda, obravnavati kot balon.