Учебное особие по физике

Частные случаи уравнения состояния идеального газа

Процессы, при которых один из параметров p, V или T остается постоянным, называют изопроцессами. Законы, описывающие изопроцессы в идеальном газе, были открыты экспериментально задолго до создания MKT идеального газа.

а) Изотермический процесс — процесс изменения состояния газа при постоянной температуре: T = const. Для его осуществления надо сосуд с поршнем, наполненный газом, привести в контакт с термостатом, т.е. телом настолько большой массы, что она обеспечивает постоянство температуры газа, даже когда отдает газу или получает от него некоторое количество теплоты.

В уравнении (3) при m = const и M = const Тогда имеем

Формулы (1) описывают закон Бойля—Мариотта: при постоянной температуре, неизменной массе и неизменном химическом составе газа произведение давления на объем есть величина постоянная.

Графики зависимости между параметрами данной массы при постоянной температуре называются изотермами. На рисунке 1 изображены изотермы в осях (p, V), (V, Т), (p, Т).

Рис. 1

б) Изобарный процесс — процесс изменения состояния газа при постоянном давлении: p = const. Из уравнения (3) Следовательно,

Уравнения (2) описывают закон Шарля: объем данной массы газа при постоянном давлении и постоянном химическом составе прямо пропорционален абсолютной температуре.

Закон Шарля можно записать через температуру t, измеряемую по шкале Цельсия

где — температурный коэффициент объемного расширения.

Графики зависимости между параметрами газа при постоянной массе газа и давлении называют изобарами (рис. 2).

Рис. 2

в) Изохорный процесс — процесс изменения состояния газа при постоянном объеме: V = const. Из уравнения (3)

Уравнения (3) описывают закон Гей-Люссака: давление данной массы газа при постоянном объеме и постоянном химическом составе прямо пропорционально абсолютной температуре.

Если температуру измерять по шкале Цельсия, то закон Гей-Люссака запишется в виде

где — давление газа при 0 °С, — температурный коэффициент давления, оказавшийся одинаковым для всех газов: .

Графики зависимости между параметрами газа при постоянной массе газа и постоянном объеме называют изохорами (рис. 3).

Рис. 3

Тщательная экспериментальная проверка современными методами показала, что уравнение состояния идеального газа и вытекающие из него законы Бойля—Мариотта, Гей-Люссака и Шарля достаточно точно описывают поведение реальных газов при небольших давлениях и не слишком низких температурах.