Бойль-Мариотттың изотермиялық процесінің заңын тексеру

                                                                                                                                       ТФП-220 Турсынхан Динара

№12 Зертханалық жұмыс

Тақырыбы:Бойль-Мариотттың изотермиялық процесінің заңын тексеру

Құрал-жабдықтар: диаметрі 8 - 10 мм және ұзындығы 300 - 350 мм, бір шетінен пломбаланған шыны түтік, ұзындығы 350 - 400 мм және диаметрі 40 - 50 мм цилиндр тәрізді ыдыс (немесе шыны түтік жабық төменгі жағында тығынмен), миллиметрлік бөлімдері бар өлшеуіш сызғыш, барометр.

Жұмыстың мақсаты: Бойль - Мариотт заңының дұрыстығын эксперимент арқылы тексеру (PV тұрақтысын дәлелдеу).

Құрал-жабдықтар: диаметрі 8 - 10 мм және ұзындығы 300 - 350 мм, бір шетінен пломбаланған шыны түтік, ұзындығы 350 - 400 мм және диаметрі 40 - 50 мм цилиндр тәрізді ыдыс (немесе шыны түтік жабық төменгі жағында тығынмен), миллиметрлік бөлімдері бар өлшеуіш сызғыш, барометр (бір топқа бір).

Қысқаша теория

Нақты және идеалды газдар үшін күй теңдеуін P, V, T үш параметрімен сипаттауға және идеал газдың күй теңдеуін алуға болады:

[pic 1].                                        (1.1)

Бұл қатынас келесі формада болуы мүмкін (кез-келген газдың бір мольін ескере отырып):

[pic 2].

1834 жылы физик Бенуа Пол Эмиль Клапейрон газдың қысымы, көлемі мен температурасы арасындағы байланысты орнататын теңдеу ашты. Бұл теңдеу:

pV = (ν1 + ν2 + ν3 + ...)⋅RT.

Оны алғаш рет (1.1) формада Дмитрий Иванович Менделеев жазған. Сондықтан газ күйінің теңдеуін Клапейрон - Менделеев теңдеуі деп атайды.

Кез-келген тұрақты газ массасы үшін (демек, бір моль газ үшін) біріктірілген газ заңы келесі түрге ие:

[pic 3],

немесе    [pic 4].

Молекулалық кинетикалық модель негізінде теориялық тұрғыдан идеал газ күйінің теңдеуі алынғанға дейін, әр түрлі жағдайдағы газдардың әрекетін реттейтін заңдар тәжірибе жүзінде жақсы зерттелгенін атап өткен жөн. Сондықтан теңдеуді [pic 5]  молекулалық-кинетикалық теорияда түсіндірілетін эксперименттік фактілерді қорыту ретінде қарастыруға болады.

Газ әр түрлі жылу процестеріне қатыса алады, онда оның күйін сипаттайтын барлық параметрлер өзгеруі мүмкін (P, V және T). Процестер күй диаграммасында (мысалы, P, V координаттарында) траектория түрінде бейнеленуі мүмкін, оның әр нүктесі тепе-теңдік күйін білдіреді.

Параметрлердің бірі (P, V немесе T) өзгеріссіз қалатын процестер қызығушылық тудырады. Мұндай процестер изопроцестер деп аталады.

Түсіндіру үшін мысал келтірейік.

Тығыз поршеньді цилиндрлік ыдысты алыңыз. Егер поршеньді жылжыту арқылы ыдыстағы газдың көлемін өзгертсе, онда газдың температурасы да өзгереді, ал егер газды сығу кезінде ыдысты салқындату немесе кеңейту кезінде қыздыру арқылы температура тұрақты болып қалады көлем мен қысымның өзгеруі, мұндай процесс изотермиялық деп аталады (T = const).

Сыртқы қысым күштеріне қарсы газды кеңейтуге және жұмыс жасауға мүмкіндік берейік. Мұны келесідей жасауға болады. Үлкен бөтелкеде бөлме температурасында сығылған ауа болсын. Бөтелкені сыртқы ауамен қамтамасыз етейік, бөтелкедегі ауа кеңейіп, сыртына кішкене тесік қалдырып, кеңейетін ауа ағынына термометр орналастырайық. Термометр бөлме температурасынан айтарлықтай төмен температураны және реактивті ауа температурасының төмендеуін көрсететін температураны көрсетеді.

Демек, сыртқы күштің әсерінен газдың қысылуы оны қыздырады, ал газдың кеңеюі оның салқындауымен қатар жүреді.

Идеал газ үшін күй теңдеуінен шығатыны, ыдыстағы тұрақты Т температурасында және ν заттың тұрақты мөлшерінде, газ қысымының P және оның көлемінің көбейтіндісі тұрақты болып қалуы керек:

pV = const

Газдың қысымы мен көлемін тұрақты температурада өзгерту процесі изотермиялық процесс деп аталады. Изотермиялық процесс кезіндегі газ қысымының оның көлеміне тәуелділігінің графигі изотерма деп аталады. Жазықтықта (P, V) изотермалар P температураның әр түрлі мәндерінде P ~ 1 / V гиперболалар тобымен бейнеленген (1.1-сурет).