Изотермный процесс (закон Бойля и Мариотта, 1662 г.)

(английский физик и химик Роберт Бойль, 1627-1691 в1662 году и независимо французский физик Эдм Мариотт, 1620-1684 в1676 году).

При изотермном (изотермическом) процессе выполняется условие Т = const и dТ = 0.

Посколько при изотер­мическом процессе температура постоян­на, то, в уравнениях состояния для точек 1 и 2 T сокращается и

p₂ / p₁ = v₁ / v₂.

т. е. давление и объем при изотер­мическом процессе обратно пропорци­ональны друг другу.

Графиком в р, v-координатах, как показывает полученное урав­нение, является равнобокая гипербола, для которой координатные оси служат асимптотами (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Изображение изотермического про­цесса в р, v- и Т, s-координатах

При изотермном процессе теплота процесса равна внешней и располагаемой работам,:

q = l = l_pасп = RT ln (v₂ / v₁).

Так как температура постоянна, то теплоёмкость изотермного процесса

с_Т = dq / dT = ∞,

а изменение внутренней энергии и энтальпии равно

Δu = Δi = 0.

Изотермный процесс, также как и изобарный процесс в p, v – координатах, в T, s – координатах проходит в виде горизонтальной линии.

Изменение энтропии

Δs = q /Т = R ln (v₂ / v₁).

В Англии этот закон называют законом Бойля, во Франции – законом Мариотта, а у нас – законом Бойля – Мариотта. Открыт он был экспериментальным путём задолго до создания статистической термодинамики. Впервые гипотеза о постоянстве произведения рV была высказана в 1661 году английским любителем физики Р. Тоунли. В том же году опыты по проверке этой гипотезы были проведены лордом Броункером и врачом Генри Пауэром. Однако в наиболее широких пределах эта гипотеза была подтверждена приблизительно в это же время экспериментами английского физика Роберта Бойля. Он первым опубликовал свои результаты (1662), причём по полноте и точности они намного превосходили данные других исследователей, среди которых был и Роберт Гук, который, по свидетельству самого Бойля, уже в 1660 году располагал данными, согласующимися с гипотезой Тоунли.

Английский химик и физик Роберт Бойль (1627— 1691) родился и провел свое детство в замке Лисмор (Ирландия), в семье герцога Корского — богатого и удач­ливого авантюриста. Он закончил известный колледж в Итоне на р. Темзе, совершил путешествие по Италии, Франции, несколько лет учился в Женеве. Как и многие его сверстники (Паскаль, Стено), Бойль попал под влияние религии. Но жизненная линия Бойля этим но определилась. Он вел аскетический образ жизни (может быть, этому содействовало его слабое здоровье), не участ­вовал в войне (а именно в это время в Англии велась гражданская война, республиканцы во главе с Кромве­лем наносили королевской армии одно поражение за дру­гим) — все его интересы были связаны с наукой.

Вернувшись в Англию, Бойль активно участвовал в деятельности так называемой «невидимой коллегии» — некоем прообразе Королевского общества,— обосновавшей­ся в Оксфорде, но проводившей свои заседания то в Оксфорде, то в Лондоне, за что она и получила свое наименование.

В 1663 г. официально было основано Лондонское ко­ролевское общество, одним из главных инициаторов об­разования которого был Бойль. В 1680 г. Бойль, полу­чивший в 1665 г. степень почетного доктора физики Оксфордского университета и с 1668 г. обосновавшийся в Лондоне, был избран президентом Королевского общества, но отказался от этого поста.

Дж. Бернал пишет: «Бойль. несомненно, представлял гобой центральную фигуру в Королевском обществе на­чального периода его существования, подобно тому как Ньютон был центральной фигурой в период его расцве­та».

Бойль сделал для науки очень много. По своим на­учным интересам и знаниям Бойль был ученым-энцик­лопедистом. Бойль поло­жил начало преобразованию химии в самостоятельную науку. Он дал определение элементу вещества как про­стому телу, которое уже не может быть разделено на дру­гие, более простые тела. Другими словами, химический элемент, по Бойлю, это предел качественного деления ве­щества. Бойль категорически отвергал господствовавшее со времен Аристотеля утверждение, что огонь якобы яв­ляется универсальным анализатором тел, что с его по­мощью (при горении) можно только разделять тела на более простые, но нельзя получать тел более сложного со­става.

Бойль считал несостоятельным исходящее еще от Аристотеля утверждение о четырех стихиях (огне, возду­хе, воде и земле). Он также не признавал учения Парацельса о трех началах: сере, ртути и соли. В своих исследованиях Бойль использовал методы количествен­ного и качественного анализа, ввел в практику исследо­ваний взвешивание.

Одновременно с Мариоттом и независимо от него Бойль, как уже говорилось, открыл газовый закон, извест­ный теперь как закон Бойля—Мариотта.

Французский физик Эдм Мариотт (1620—1684) был разносторонним ученым. Он занимался оптикой, дифрак­цией света, гидравликой, но более всего известен своими исследованиями свойств газов. В одно время с Р. Бойлем и независимо от него Мариотт установил закон, согласно которому объем газа при постоянной тем­пературе обратно пропорционален его давлению, или про­изведение удельного объема газа на его давление при неизменной температуре есть величина постоянная, т. е, при t = idem, pv = const, где р — давление газа, v — удель­ный объем, t — температура. Имя французского аббата Эдма Мариотта в названии закона появилось благодаря его работе “Речь о природе воздуха” (1676), в которой были описаны опыты, аналогичные экспериментам Бойля, и при этом без ссылок на работы последнего. Остается до­бавить, что Мариотт был одним из первых членов Парижской Академии наук.