Untuk menyelidiki ketergantungan tekanan pada suhu - tidak ada yang bisa lebih sederhana ...

Studi karakteristik fisik dari gas

Sejarah penemuan ilmiah sering dimulai dengan fakta bahwa orang yang "benar" di tempat yang tepat pada waktu yang tepat. Inilah yang terjadi dengan studi gas. fisikawan Perancis, ahli kimia, insinyur Serge Charles menjadi tertarik pada aeronautika. Dalam hal ini, itu perlu untuk mempelajari ketergantungan dari tekanan pada suhu udara. Tentu saja, panas selalu menjadi alat pertama peneliti. Namun, kuat, mudah untuk mengontrol sumber energi, dan selalu di tangan. Instrumen yang paling kuno pengetahuan selalu menjadi batu ujian "baik, baik, mari kita lihat apa yang akan terjadi ketika sensitif terhadap panas, dan jika Anda menambahkan ..." dll

Dan apa yang begitu menarik untuk menemukan Charles di gas? Kami melakukan penelitian Anda sendiri. Mengambil tabung kaca, di satu sisi akan menutup erat, dan mengatur di dalam piston yang slide di sepanjang tabung. Berikutnya mengatur sumber panas - lampu alkohol biasa - dan melengkapi laboratorium kami bangku pengukur suhu dan tekanan - itu pada ketergantungan suhu tekanan kita akan mengeksplorasi. Jadi mari kita mulai ...

Kami memiliki sejumlah gas dalam volume yang dibatasi silinder Bottomed dan piston. Perbaiki Lampu alkohol piston podogreem dan gas tes. Kami menulis jumlah nilai tekanan Pn dan Tn suhu gas. Dalam menganalisis data yang diperoleh, kita melihat bahwa ketergantungan tekanan suhu adalah sifat proporsional - meningkat dengan meningkatnya suhu dan tekanan. Perhatikan bahwa piston mengalami tekanan yang berbeda: di luar - atmosfer, dan di dalam - dari gas dipanaskan. Untuk percobaan berikutnya akan menghapus punggawa piston dan melihat bahwa piston bergerak ke pemerataan tekanan. Tapi itu akan mengubah jumlah gas, dan jumlah (berat) tetap sama. Kami menyimpulkan bahwa menerima Charles: massa konstan dan volume tekanan gas berbanding lurus dengan suhu - sederhana dan berselera.

Dengan kata lain, pada volume konstan, tekanan meningkat pada pemanasan, dan pada tekanan konstan sementara pemanasan jumlah meningkat. Untuk balon itu dimaksudkan bahwa selama pemanasan udara dari kompor, mengembang dan volumenya meningkat, dan volume bola - tidak ada. Oleh karena itu, udara berlebih meninggalkan bola dan dalam adalah massa udara kurang dari massa dari volume yang sama udara dari luar. Kebakaran prinsip Archimedes', dan bola tidak ada hubungannya tetapi untuk terbang untuk menyenangkan penonton.

Namun, temuan yang paling luar biasa adalah bahwa tekanan P dan temperatur T terkait dengan P1 / T1 = P2 / T2 = .... = Pn / Tn = CONST. Hal ini dapat diartikan berbeda: P = k * T, di mana k - semacam gas konstan. Jika kita menerapkan hubungan ini untuk individu nilai suhu, tekanan dan volume, Anda bisa mendapatkan konstanta terkenal. Misalnya, volume gas meningkat selama pemanasan pada 1 derajat 1/273 dari nilai awal.

Tentu saja, menarik adalah ketergantungan tekanan dari zat pada suhu fase transisi, misalnya, cair ke gas. Objek terdekat untuk studi semacam ini adalah air. Dibentuk di atas uap air adalah konsekuensi dari transisi dari sejumlah molekul air dari lingkungan eksternal. Hal ini terhalang oleh dua faktor - kekuatan tegangan permukaan dan tekanan eksternal. Mengatasinya mampu hanya molekul dengan potensi energi yang cukup - suhu setara. Ada dua cara untuk mencapai kapasitas ini: adalah mungkin untuk meningkatkan energi molekul air dengan pemanasan atau dikurangi tahan terhadap tekanan eksternal. Metode pertama dikonfirmasi oleh fakta diketahui - air dipanaskan menguap dengan cepat, dan yang kedua - mengurangi molekul ambang batas energi meninggalkan "orang tua" lingkungan.

Mari kita kembali ke pengaturan laboratorium kami. Ruang di bawah piston diisi dengan air, hanya sedikit, hanya 20-40 g Perhatikan bahwa piston harus bergerak bebas, dan sistem harus menyalahkan katup. Jika air dipanaskan, uap air yang terbentuk akan bergeser piston dan melepaskan sendiri "tempat di bawah sinar matahari." Ruang di atas piston yang akan terhubung ke suplai udara dengan tekanan variabel, misalnya, mengatur batang piston kedua secara manual dikelola. Sekarang adalah mungkin untuk menyelidiki ketergantungan suhu tekanan uap. Memindahkan piston dan batang, mengubah tekanan eksternal ke piston pertama. Data Menengah memperbaiki. Benar akan menangkap suhu uap selama stabil, yaitu tidak berubah, setidaknya sebentar, maknanya. Jika kita mengabaikan pertukaran panas dengan lingkungan, perilaku pasangan ini tidak jauh berbeda dari perilaku gas ideal.

Menariknya, bahkan pada setup primitif tersebut dapat diamati ketergantungan titik didih tekanan. Ingat bahwa yang disebut cairan mendidih transisi ke uap dengan pembentukan gelembung seluruh volume cairan. demikian memperbaiki mendidih sangat mudah. Di sini sekali lagi tekanan meningkat, suhu didih meningkat cair, dan oleh karena itu, mudah bagi yang belum tahu untuk menunjukkan mengejutkan trik - air mendidih pada suhu hanya 80 derajat Celsius atau tampaknya bertentangan dengan akal sehat, lebih dari 110 derajat yang sama Celcius.

Itu karena setelah meneliti perilaku gas, uap bila terkena panas sumber tentang masalah ini, pada akhirnya, dan berbagai mesin panas telah dibuat: mesin uap, mesin portabel, mesin, mesin pembakaran internal. Dan sedikit yang tahu bahwa anak sulung di antara mereka, tentu saja, harus dipertimbangkan balon.