Газы. Законы Бойля и Шарля

Вы находитесь: Газы карты ozi

Законы Бойля и Шарля можно объединить в один общий для всех газов закон, выражающийся всем известным уравнением

V/T=const

где Т - абсолютная температура, измеренная по шкале Кельвина; и V cоответственно давление и объем газа; const - постоянная.

Это уравнение в учебниках физики обычно формулируют настолько примитивно, без объяснения его смысла, что оно мало говорит начинающим физикам. Между тем уравнение состояния газа представляет собой замечательный результат, не имеющий аналогий ни в какой другой области физики.

Постоянная в правой части уравнения состояния может быть измерена для различных газов, но при измерении нужно исходить из стандартных условий, скажем брать один грамм газа при давлении, равном одной атмосфере (760 мм ртутного столба), и при температуре 273 К. В этом случае мы получим значение постоянной, характерное для взятого газа. Но постоянные для различных газов находятся в связи друг с другом, ибо, как мы знаем уже, объем данной массы газа обратно пропорционален его молекулярному весу. Если рассматривать не единичную массу, а массу, пропорциональную молекулярному весу, то постоянная в уравнении состояния газа оказывается одной и той же для всех газов. Поэтому мы примем в качестве стандартной массу газа в граммах, численно равную молекулярному весу, то есть одну грамм-молекулу. Это означает выбор стандартного объема газа, равного 22,4 литра. Легко видеть, что при стандартных давлении, температуре и объеме постоянная будет зависеть только от этих стандартных величин, а не от каких-либо характеристик взятого материала. Мы можем, таким образом, записать уравнение состояния в виде

pV=RT,

где R имеет одно и то же значение для всех газов. Это уравнение - первое из замечательных обобщений в физике, с помощью которых свойства целого класса веществ выражаются через одни и те же основные величины. Именно к этому и стремится физика - к нахождению общих законов, не зависящих от особенностей тех или иных веществ. Газы, будучи существенно простыми по своей природе, дали первый пример такого обобщения.