Основные газовые законы: Бойля–Мариотта,Шарля, Гей–Люссака

Состояние вещества описывается некоторыми физическими величинами, называемыми параметрами состояния. При изменении одного из параметров изменяется состояние системы, изменяются и другие параметры. Для газового состояния вещества в первую очередь следует назвать такие параметры, как давление, объем и температура.

Первые сведения о взаимосвязи этих параметров были получены на основе экспериментальных наблюдений и прежде всего в тех случаях, когда один из названных параметров оставался постоянным, а происходило изменение двух других параметров (при неизменной массе газа). Вследствие этого такие процессы получили название изопроцессов.

Первым из них следует назвать экспериментальный изотермический процесс Бойля–Мариотта. В этом газовом процессе температура остается постоянной, а меняются давление и объем. Эмпирический закон Бойля–Мариотта гласит, что произведение давления газа на его объем остается величиной постоянной:

,(1)

Или для двух состояний газа

, (2)

Г рафически этот закон в координатах давления и объема представляется равнобокой параболой , лежащей симметрично относительно осей координат, построенной при данной температуре и называемой изотермой (рис. 2). С увеличением температуры изотерма одного и того же газа занимает более высокое место.

Закон Шарля. В этом газовом процессе при постоянном объеме газа меняются давление и давление газа.

Эмпирическая формула изохорного закона имеет вид

, (3)

где давление при 0^о С, температурный коэффициент, равный 3,66∙10^∙–3 град^–1.

Физический смысл коэффициента: он показывает относительное изменение объема газа при его нагревании на 1^о С.

При , , .

С введением термодинамической шкалы температур, в которой нулевая температура соответствует этому значению, термодинамическая температура по шкале Кельвина равна

, (4)

С учетом термодинамической шкалы изохорный закон запишется

, (5)

Т.е. отношение давления к температуре газа при постоянном объеме остается постоянной.

Для двух состояний газа

, (6)

Г рафически закон Шарля выглядит так: рис.3, 4

З

Рис. 3

акон Гей-Люссака (или изобарный закон). В этом газовом процессе постоянным остается давление/

Эмпирическая формула изобарного закона имеет вид

, (7)

где объем при 0^о С, температурный коэффициент, равный 3,66∙10^∙–3 град^–1.

Физический смысл коэффициента: он показывает относительное изменение давления газа при его нагревании на 1^о С.

При , , .

С учетом термодинамической шкалы изохорный закон запишется

, (8)

Т.е. отношение давления к температуре газа при постоянном объеме остается постоянной.

Для двух состояний газа

, (9)

Г рафически закон Гей-Люссака выглядит так: рис. 5,6

Рис. 5

Рис. 6

Закон Авогадро. Моли любых газов при одинаковых температурах и давлениях занимают одинаковый объем. При нормальных условиях 1 моль газа занимает объем равный 22,4 л, а в одном моле содержится число молекул равное числу Авогадро .

Закон Дальтона. Если имеется смесь газов, то общее давление создается всеми молекулами разнородных газов, входящих в смесь.

Давление, которое создают молекулы одного из газов в данном объеме называют парциальным давлением.

Давление смеси газов рано сумме парциальных давлений газов, входящих в смесь.