Урок 25. Закон Бойля-Мариотта

§ 3.5. Газовые законы. Закон Бойля—Мариотта

Газовые законы

Изменение одного из макроскопических параметров вещества определенной массы — давления р, объема V или температуры t — вызывает изменение остальных параметров.

Если одновременно меняются все величины, характеризующие состояние газа, то на опыте трудно установить какие-либо определенные закономерности. Проще сначала изучить процессы, в которых масса и один из трех параметров — р, V или t — остаются неизменными. Количественные зависимости между двумя параметрами газа одной и той же массы при неизменном значении третьего параметра называют газовыми законами.

Закон Бойля—Мариотта

Первый газовый закон был открыт английским ученым Р. Бойлем (1627—1691) в 1660 г. Работа Бойля называлась «Новые эксперименты, касающиеся воздушной пружины». И действительно, газ ведет себя подобно сжатой пружине, в этом можно убедиться, сжимая воздух в обычном велосипедном насосе.

Бойль изучал изменение давления газа в зависимости от объема при постоянной температуре. Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянной температуре называют изотермическим (от греческих слов isos — равный, thérme — тепло). Для поддержания температуры газа постоянной необходимо, чтобы он мог обмениваться теплотой с большой системой, в которой поддерживается постоянная температура, — термостатом. Термостатом может служить атмосферный воздух, если температура его заметно не меняется на протяжении опыта.

Бойль наблюдал за изменением объема воздуха, запертого в длинной изогнутой трубке столбом ртути (рис. 3.6, а). Вначале уровни ртути в обоих коленах трубки были одинаковыми и давление воздуха равно атмосферному (760 мм рт. ст.). Доливая ртуть в длинное колено трубки, Бойль заметил, что объем воздуха уменьшился вдвое, когда разность уровней в обоих коленах оказалась равной h = 760 мм, и, следовательно, давление воздуха увеличилось вдвое (рис. 3.6, б). Это навело Бойля на мысль о том, что объем данной массы газа и его давление находятся в обратно пропорциональной зависимости. Дальнейшие наблюдения за изменением объема при доливании различных порций ртути подтвердили это заключение.

Независимо от Бойля несколько позднее французский ученый Э. Мариотт (1620—1684) пришел к тем же выводам. Поэтому найденный закон получил название закона Бойля—Мариотта. Согласно этому закону давление данной массы (или количества) газа при постоянной температуре обратно пропорционально объему газа:

Если р1 — давление газа при объеме V1, p2 — его давление при объеме V2, то

Произведение давления газа данной массы на его объем постоянно, если температура не меняется.

Этот закон справедлив для любых газов, а также для смесей газов (например, для воздуха).

Убедиться в справедливости закона Бойля—Мариотта можно с помощью прибора, изображенного на рисунке 3.7. Герметичный гофрированный сосуд соединен с манометром, регистрирующим давление внутри сосуда. Вращением винта можно менять объем сосуда. Об объеме можно судить с помощью линейки. Меняя объем и измеряя давление, можно заметить, что уравнение (3.5.2) выполняется.

Как и другие физические законы, закон Бойля—Мариотта является приближенным. При давлениях, в несколько сотен раз больших атмосферного, отклонения от этого закона становятся существенными.

На графике зависимости давления от объема каждому состоянию газа соответствует одна точка.

Изотермы

Процесс изменения давления газа в зависимости от объема изображается графически с помощью кривой, которая носит название изотермы (рис. 3.8). Изотерма газа выражает обратно пропорциональную зависимость между давлением и объемом. Кривую такого рода называют гиперболой. Разным постоянным температурам соответствуют различные изотермы, так как более высокой температуре при одном и том же объеме соответствует большее давление*. Поэтому изотерма, соответствующая более высокой температуре t2, лежит выше изотермы, соответствующей более низкой температуре t1.

* Подробнее об этом будет рассказано в дальнейшем.

Молекулярно-кинетическое истолкование закона Бойля—Мариотта

Давление газа зависит от числа ударов молекул о стенку сосуда. Число ударов прямо пропорционально числу молекул в единице объема (концентрации n). При уменьшении объема газа концентрация увеличивается, так как где N — число молекул в сосуде. Давление пропорционально концентрации и, следовательно, обратно пропорционально объему: Так и должно быть согласно закону Бойля—Мариотта.

Тема урока: “Экспериментальное исследование зависимости p х V = const (закон Бойля–Мариотта)”

Разделы: Физика

Тип урока: УРОК – ИССЛЕДОВАНИЕ c помощью компьютера

Развивающие – активизация мыслительной деятельности (способом сопоставления), формирование алгоритмического мышления; развитие умений сравнивать, выявлять закономерности, обобщать, логически мыслить.

Общеобразовательные – формирование представления о решении экспериментальных задач с помощью компьютера, установление межпредметных связей (физика, математика, информатика).

Читайте также:
Урок 1. Схема строения атомов

Воспитательные – воспитание ответственного отношения к учебному труду, активизация познавательного интереса учащихся, воспитание отношения к информации как к третьей сущности мира наряду с веществом и энергией.

Требования к знаниям и умениям:

Знат:ь понятия – термодинамический параметр, газовый закон, давление газа, изопроцесс; виды изопроцессов, графики изопроцессов.

Уметь работать с мультимедиа-энциклопедиями, компьютерными репетиторами, проводить компьютерный эксперимент, интерпретировать результаты эксперимента, делать выводы, вычислять погрешности, ориентироваться в компьютерной среде Windows, использовать возможности встроенного калькулятора.

Иметь навыки ввода информации с клавиатуры.

Оборудование: 1) компьютер; 2) программное обеспечение: а) ВИДЕОЗАДАЧНИК по физике, часть 3, авторы: А.И.Фишман, А.И.Скворцов, Р.В.Даминов, компания NMQ; б) РЕПЕТИТОР по физике КИРИЛЛА И МЕФОДИЯ, ООО “Кирилл и Мефодий”, 1998, 1999-2004 с изменениями и дополнениями; 3) барометр (один на весь класс); 4) трубка со столбиком ртути, укрепленная на линейке с миллиметровыми делениями; 5) штатив лабораторный; 6) стандартный Microsoft ® Калькулятор; 7) учебник по физике для 10-го класса, Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, издательство “Просвещение”, 2001 г., 8) мультимедийный проектор.

Ход урока:

До начала урока:

  • Запускают программу Tutors (РЕПЕТИТОР по физике КИРИЛЛА И МЕФОДИЯ).
  • Выводят на экран вопросы по теме: “Физика” “Молекулярная физика. Термодинамика” Изопроцессы”.
  • Устанавливают: Режим: Свободный тренинг, Сложность: Базовый.
  • Запускают программу: “Видеозадачи по физике” “Молекулярная физика и термодинамика” “Изопроцессы в идеальном газе” Ртутный столбик”.
  • I. Организационный момент (1 мин.)

    Учитель сообщает тему и цели урока; информирует учащихся об оборудовании, используемом на уроке.

    II. Актуализация знаний (6 мин).

    Повторение материала по теме: “Изопроцессы. Графики изопроцессов”

    ( CD: репетитор по физике КИРИЛЛА И МЕФОДИЯ, ООО “Кирилл и Мефодий”, 1998, 1999-2004 с изменениями и дополнениями).

    Учащиеся работают с компьютерной программой в парах по схеме: 1-ый ученик отвечает на первые 8 вопросов, а второй оценивает ответы, затем их роли меняются на противоположные, при этом 2-ой ученик отвечает на следующие 8 вопросов. Оценки за ответ проверяющий ученик заносит в заранее подготовленный бланк.

    Правильность ответа проверяют с помощью опций “Ответить” или “Подсказка”, “Ответ”. Пропуск вопросов, не включенных в список, осуществляется с помощью опции “Пропустить”.

    Список вопросов для повторения:

    2.19А1.6 Какие величины отложены по осям координат, если на графике изображен изохорический процесс?

    2.19А1.7 Над идеальным газом совершается равновесный процесс. Какой из графиков соответствует изотермическому процессу?

    1) 3 2) 1 3) 2

    2.19А1.8 Какое уравнение характеризует изохорический процесс?

    2.19А1.9 Изохорический процесс – процесс, происходящий с газом постоянной массы при:

    1. постоянном давлении; 2. постоянном объеме; 3. постоянной температуре

    2.19А1.10 Какое уравнение характеризует изобарический процесс?

    2.19А1.11 Какое уравнение отражает закон Бойля-Мариотта?

    2.19А1.12 На графике изображены две изобары. Какая из них соответствует более высокому давлению?

    1. первая; 2. вторая; 3. обе при одинаковом объеме

    2.19А1.13 На графике изображены две изохоры. Какая из них соответствует большему объему?

    1. обе при одинаковом давлении 2. первая 3. вторая

    2.19А1.15 Какие изменения произошли с газом данной массы при его переходе из состояния 1 в состояние 2?

    2.19А1.16 Чем отличаются состояния А и В газа данной массы?

    2.19А1.17 Какой из графиков соответствует изохорическому процессу?

    2.19А1.18 Какой из графиков соответствует изобарическому процессу?

    2.19А1.19 Изобарический процесс – процесс, происходящий с газом постоянной массы при:

    1. постоянном давлении; 2. постоянном объеме; 3. постоянной температуре.

    2.19А1.20 Изотермический процесс – процесс, происходящий:

    1. При постоянном давлении и постоянной массе

    2. При постоянной температуре и постоянной массе

    3. При постоянном объеме и постоянной массе

    2.19А1.21 Изопроцесс – процесс, происходящий:

    1. При постоянной массе и одном постоянном параметре

    2. При одном постоянном параметре

    3. При постоянной массе

    2.19А1.23 На графике изображены две изотермы для одной и той же массы газа. Какой из них соответствует более высокая температура?

    III. Основная часть. Постановка компьютерного эксперимента (34 мин)

    Учитель формулирует цели эксперимента; объясняет, что реальные эксперименты с ртутью запрещены, т.к. существует опасность заражения классного помещения из-за неосторожного обращения с приборами, поэтому проводится компьютерный эксперимент; дает описание эксперимента, проецируя на экран через проектор рисунки №1-5, совместно с учащимися рассматривает теоретическое обоснование эксперимента, устанавливает величины, которые необходимо измерить и вычислить.

    Читайте также:
    Урок 19. Изменение энтальпии

    1. Описание эксперимента

    Для проверки закона Бойля — Мариотта пользуются стеклянной трубкой с введенным в нее столбиком ртути, укрепленной на линейке с миллиметровыми делениями (рис.1).

    Сначала измеряют объем заключенного в трубке воздуха по делениям линейки. Затем производимое на воздух давление при различных положениях трубки. Для этого необходимо знать атмосферное давление и давление ртутного столбика в трубке. Атмосферное давление измеряют при помощи металлического барометра (в этом эксперименте будем считать его равным нормальному атмосферному давлению 760 мм рт. столба), а длину ртутного столбика — по делениям линейки, так как показано на видеофрагментах (рис. 2 и 3).

    I. Трубка расположена горизонтально (рис. 2 и 3)

    II. Трубка расположена вертикально:

    а) запаянный конец вверху (рис. 4)

    б) запаянный конец внизу (рис. 5)

    Затем сравнивают между собой произведения объемов на соответствующие им давления. При этом предполагается, что длина ртутного столбика, температура и масса газа во время опыта остаются постоянными. За единицу для измерения объема берут объем воздушного столбика длиной в 1 мм, а за единицу давления – давление ртутного столба высотой 1 мм.

    Примечание: Учащиеся получают инструкцию по проведению эксперимента, в которой отсутствуют рисунки 2, 3, 4, 5. Плотность ртути равна 13600 кг/м 3 , g = 10 м /c 2 .

    2. Теоретическая часть эксперимента.

    Когда трубка расположена горизонтально , то давление воздуха, запертого ртутью, равно p1 = p , где p – атмосферное давление . Объем воздуха в этом состоянии обозначим через V1, а длину воздушного столбика через Х 1.

    Когда трубку перевернули запаянным концом вверх, то давление воздуха в верхней части трубки p2 стало равным: p2 = p gL, где плотность ртути, L– высота столба ртути, g – ускорение свободного падения. Объем воздуха в этом состоянии обозначим через V2, а длину воздушного столбика через Х2.

    Когда трубка расположена вертикально , запаянным концом вниз, то давление воздуха p3 , запертого ртутью, равно p3 = p + gL . Объем воздуха в этом состоянии обозначим через V3 , а длину воздушного столбика через Х 3.

    Масса запертого воздуха и его температура при повороте трубки не меняются. Поэтому можно записать в соответствии с законом Бойля – Мариотта: p1 ·V1 = p2 ·V2 = p3 ·V3. Считая, что трубка имеет постоянное сечение S, а V = X·S, запишем это выражение в виде:

    Подставляя выражения для p1, p2 и p3, получим: p ·X1= (pgL)· X2 = (p +gL)· X3 .

    Это соотношение и необходимо проверить.

    3. Подготовка и проведение эксперимента Подготовьте бланк отчета с таблицей для записи результатов измерений и вычислений (инструментальные погрешности определяются с помощью таблицы 1, стр. 320, Физика-10)

    II. Вертикальное (запаяный конец вверху)

    • Выключите звуковые колонки.
    • Включите компьютер.
    • После загрузки операционной системы вставьте компакт-диск с видеозадачами в дисковод, дождитесь автозапуска программы.
    • Выберите раздел “Молекулярная физика и термодинамика”.
    • Выберите тему “Изопроцессы в идеальном газе”.
    • Запустите задачу “Ртутный столбик”.
    • Произведите необходимые измерения и вычисления величин, указанных в таблице (L, X1, X2, X3, p, C).
    • Заполните таблицу.
    • Сделайте вывод о справедливости закона Бойля-Мариотта.

    4. Обработка результатов

    В таблице приведены записи результатов измерений для трех положений трубки (рис. 2, 3, 4, 5), при давлении по барометру 760 мм ртутного столба.

    Выполним анализ погрешностей измерения.

    Максимальной возможной погрешностью (см. таблицу 1, Физика-10) при измерении объема и давления будем считать Х = 1 мм, р = 3 мм рт. ст., которые на приборе и по барометру легко отсчитываются “на глаз”.

    Из уравнения С = p? V подсчитаем максимальную относительную погрешность:

    С/С = р/р + V/V .

    Наибольшую погрешность произведения даст измерение объема при положении III трубки; этот случай и возьмем в качестве примера:

    С/С = 3/880 + 1/52 = 0,0034 + 0,0192 = 0,0226 ,

    С = 0,0226·45760 = 1034 .

    Отсюда можем записать окончательный результат:

    Кроме погрешностей, которые здесь были учтены, неизбежны погрешности, не поддающиеся учету в условиях данной работы. Они вызываются изменениями температуры воздушного столбика, неодинаковостью сечения канала трубки и т. д. Как видно из приведенной выше таблицы, расхождение результатов не выходит за пределы вычисленной выше максимальной погрешности, следовательно, эти неучтенные погрешности невелики и существенного значения не имеют.

    1. Используя результаты измерений, определите атмосферное давление в лаборатории, где проводился эксперимент.

    2. Попробуйте в домашних условиях провести тот же эксперимент по проверке закона Бойля-Мариотта (учащиеся получают инструкцию к работе).

    Читайте также:
    Урок 2. Изотопы элементов

    ИНСТРУКЦИЯ
    к домашнему эксперименту по проверке закона Бойля-Мариотта

    Идея работы состоит в следующем. Если погружать бутылку горлышком в воду, то под давлением столба воды, расположенного над основанием горлышка, вода будет входить в бутылку. На основании закона Бойля-Мариотта и известного в данное время атмосферного давления можно рассчитать количество воды, которое войдёт в бутылку при данной глубине погружения, и на опыте подтвердить справедливость этого расчёта.

    Ход работы.

    1. Измерьте объём воды, наполняющей бутылочку в 0,25 л доверху.

    2. Определите объём бутылки с узким горлышком с помощью цилиндрического стакана, сделав последний мензуркой, или с помощью имеющейся у вас мензурки. Лучше взять бутылку белого стекла.

    Примечание. Для превращения стакана в мензурку измерьте глубину и его внутренний диаметр. Последнее можно сделать так. На лист бумаги поставить стакан вверх дном и обвести его верхнее основание тонко зачиненным карандашом, вырезать круг, сложить его так, чтобы одна половина была наложена на другую, и измерить отрезок перегиба. Из полученной длины следует вычесть удвоенную толщину стенок стакана; разность даёт величину диаметра основания внутренней части стакана. Ёмкость стакана равна V = 3,14? h ? D 2 / 4, где D—внутренний диаметр, h—глубина стакана.

    Дальше следует наклеить на внешнюю поверхность стакана бумажную полосу и разделить последнюю на соответствующее число частей, указав против каждого деления приходящееся число кубических сантиметров.

    3. Возьмите возможно более глубокий стеклянный сосуд (например, литровую банку из-под консервов) и измерьте глубину, на которую можно погрузить пустую бутылочку горлышком (считать от основания горлышка).

    4. Узнайте величину атмосферного давления в данное время и рассчитайте количество воды, которое войдёт в горлышко, если бутылочку погрузить горлышком на данную глубину.

    5. На основании этого объёма воды и диаметра внутреннего основания горлышка определите глубину, на которую вода зайдёт в бутылочку, и обвяжите на этой глубине горлышко ниткой.

    6. Теперь погрузите горлышко бутылочки в сосуд с водой на глубину, которую вы вычислили. На какую глубину вода заходит в горлышко бутылки? Сравните ее с вычисленной глубиной.

    1. Что нового для себя узнали вы на уроке? Где могут пригодиться вам эти знания?
    2. Знаниями из каких школьных предметов вы пользовались при выполнении заданий?
    3. Оценка работы учащихся.

    Методическая разработка урока по физике по теме “Лабораторная работа № 7. Опытная проверка закона “Бойля-Мариотта”, 10 класс
    методическая разработка по физике (10 класс)

    Образовательные задачи урока:

    – Обеспечить в ходе урока усвоение закона Бойля–Мариотта путем опытной его проверки.

    – Научить работать с приборами и материалами, производить измерения и самостоятельно делать необходимые выводы.

    План урока

    Основные этапы урока

    Постановка темы урока и основной проблемы урока

    Краткое повторение темы “Изопроцессы” с использованием презентации (фронтальный опрос)

    Изучение истории открытия закона Бойля-Мариотта (презентация)

    Инструктаж перед выполнением лабораторной работы

    Выполнение лабораторной работы “Опытная проверка закона Бойля- Мариотта”

    Анализ результатов урока

    Скачать:

    Вложение Размер
    plan-konspekt_laboratornoy_raboty_no_7_zakon_boylya-mariotta.doc 57 КБ
    10_kl_laboratornaya_rabota_no_7.pptx 558.01 КБ

    Предварительный просмотр:

    План-конспект урока по физике в 10 классе

    Тема: Лабораторная работа № 7. Опытная проверка

    Образовательные задачи урока:

    – Обеспечить в ходе урока усвоение закона Бойля–Мариотта путем опытной его проверки.

    – Научить работать с приборами и материалами, производить измерения и самостоятельно делать необходимые выводы.

    Воспитательные задачи урока:

    – Содействовать в ходе урока формированию мировоззренческих идей: причинно-следственные связи явлений, познаваемость мира и его закономерности.

    – Продолжить работу по развитию познавательной самостоятельности учащихся.

    – Способствовать в ходе урока нравственному воспитанию учащихся.

    Развивающие задачи урока:

    – Продолжить работу по развитию у учащихся умений выделять главное, существенное, сравнивать изучаемые факты, логически излагать мысли.

    – Способствовать формированию у учащихся информационно- коммуникативных компетенций.

    – С целью развития познавательного интереса учащихся ввести в содержание урока элементы новизны знаний.

    Основные этапы урока

    Постановка темы урока и основной проблемы урока

    Краткое повторение темы “Изопроцессы” с использованием презентации (фронтальный опрос)

    Изучение истории открытия закона Бойля-Мариотта (презентация)

    Инструктаж перед выполнением лабораторной работы

    Выполнение лабораторной работы “ Опытная проверка закона Бойля- Мариотта”

    Анализ результатов урока

    Приборы и материалы : компьютер, видеопроектор, оборудование к лабораторной работе.

    Постановка темы урока и основной проблемы.

    Краткое повторение темы «Изопроцессы»

    1) Что такое изопроцессы?

    2) Назовите виды изопроцессов и охарактеризуйте их.

    3) Сформулируйте закон Бойля-Мариотта.

    4) Назовите формулу закона Бойля-Мариотта.

    5) Как выглядят графики изотермического процесса на диаграммах?

    Изучение истории открытия закона Бойля-Мариотта.

    На экран с помощью видеопроектора выводятся слайды с портретами Роберта Бойля и Эдм Мариотта, учитель рассказывает о тех опытах, которые они проводили, к какому выводу пришли.

    Инструктаж перед выполнением лабораторной работы.

    Правила техники безопасности при работе со стеклянными трубками. Расположение оборудование на столах. Освобождение проходов между рядами.

    Объяснение хода выполнения работы.

    Выполнение лабораторной работы “Опытная проверка закона Бойля-Мариотта”

    Выполнение лабораторной работы учащимися в малых группах.

    Анализ результатов урока

    Учащиеся формулируют выводы по полученным лабораторным данным, отвечают на контрольный вопрос.

    Прил. 1. Материал для учащихся

    Лабораторная работа 7

    Опытная проверка закона Бойля-Мариотта.

    Цель работы: Исследовать, как изменяется объем определенной массы газа (при постоянной температуре) при изменении давления, и установить соотношение между ними.

    Оборудование: Стеклянный цилиндр высотой 40 см с водой; стеклянная трубка, закрытая с одного конца; барометр-анероид, штатив универсальный.

    • Измерить с помощью барометра атмосферное давление, выразив его в Па.

    p 1 =p атм =_________мм рт.ст.=_________ Па.

    • Измерить объем воздуха в стеклянной трубке (вычислить площадь поперечного сечения стеклянной трубки S = πr 2 ).
    • Вычислить произведение давления воздуха на его объем.
    • Погрузить стеклянную трубку в мензурку с водой закрытым концом вверх.
      Измерить новый объем воздуха в трубке.
    • Измерить разность уровней воды в мензурке и трубке.

    h 1 =_____см = ______м

    • Рассчитать гидростатическое давление столба воды в мензурке

    где: ρ= 1000 кг/м 3 ; g=9,8м/с 2 ; h-измеряется в (м)

    • Рассчитать новое давление воздуха в трубке

    p 2 =p атм +p воды1

    • Вычислить произведение давления воздуха на его объем

    Опыт 3. Повторить эксперимент еще раз, погрузив трубку в мензурку на другую глубину

    Урок 25. Закон Бойля-Мариотта

    Газовые законы. Применение закона Бойля-Мариотта

    • Авторы
    • Руководители
    • Файлы работы
    • Наградные документы

    Автор работы награжден дипломом победителя III степени

    Изучить газовые законы;

    Научиться объяснять законы с молекулярной точки зрения;

    Изображать графики процессов;

    Продолжить обучение решая экспериментальные задачи , используя Газовый закон Бойля-Мариотта.

    Выяснить на практике зависимость давления газа от его объема.

    Актуализация проекта

    Что является объектом изучения МКТ?

    Что в МКТ называют идеальным газом?

    Для того чтобы описать состояние идеального газа используют три термодинамических параметра.

    Микроскопические параметры идеального газа и макроскопические параметры.

    Как создаётся давление газом?

    Как объём связан с давлением газа?

    При изменении давления газа, также меняется и его объем при условии неизменной массы и температуры газа.

    В молекулярно-кинетической теории идеальным газом называют газ, состоящий из молекул, взаимодействие между которыми пренебрежимо мало

    2.Газовые законы. Закон Бойля-Мариотта

    Молекулярно-кинетическая теория (сокращённо МКТ) — теория XIX века, рассматривавшая строение вещества, в основном газов, с точки зрения трёх основных приближенно верных положений: все тела состоят из частиц: атомов, молекул и ионов; частицы находятся в непрерывном хаотическом движении (тепловом) ; частицы взаимодействуют друг с другом путём абсолютно упругих столкновений. Основными доказательствами этих положений считались: диффузия, броуновское движение, изменение агрегатных состояний вещества.[3]

    Газовые законы

    Изменение одного из макроскопических параметров вещества определенной массы — давления р, объема V или температуры t — вызывает изменение остальных параметров.

    Если одновременно меняются все величины, характеризующие состояние газа, то на опыте трудно установить какие-либо определенные закономерности. Проще сначала изучить процессы, в которых масса и один из трех параметров — р, V или t — остаются неизменными. Количественные зависимости между двумя параметрами газа одной и той же массы при неизменном значении третьего параметра называют газовыми законами.

    Закон Бойля—Мариотта

    Первый газовый закон был открыт английским ученым Р. Бойлем (1627—1691) в 1660 г. Работа Бойля называлась «Новые эксперименты, касающиеся воздушной пружины». И действительно, газ ведет себя подобно сжатой пружине, в этом можно убедиться, сжимая воздух в обычном велосипедном насосе.

    Бойль изучал изменение давления газа в зависимости от объема при постоянной температуре. Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянной температуре называют изотермическим (от греческих слов isos — равный, therme — тепло). Для поддержания температуры газа постоянной необходимо, чтобы он мог обмениваться теплотой с большой системой, в которой поддерживается постоянная температура, — термостатом. Термостатом может служить атмосферный воздух, если температура его заметно не меняется на протяжении опыта.

    Бойль наблюдал за изменением объема воздуха, запертого в длинной изогнутой трубке столбом ртути (рис. 1, а). Вначале уровни ртути в обоих коленах трубки были одинаковыми и давление воздуха равно атмосферному (760 мм рт. ст.). Доливая ртуть в длинное колено трубки, Бойль заметил, что объем воздуха уменьшился вдвое, когда разность уровней в обоих коленах оказалась равной h = 760 мм, и, следовательно, давление воздуха увеличилось вдвое (рис. 1, б). Это навело Бойля на мысль о том, что объем данной массы газа и его давление находятся в обратно пропорциональной зависимости.

    Дальнейшие наблюдения за изменением объема при доливании различных порций ртути подтвердили это заключение.

    Независимо от Бойля несколько позднее французский ученый Э. Мариотт (1620—1684) пришел к тем же выводам. Поэтому найденный закон получил название закона Бойля—Мариотта. Согласно этому закону давление данной массы (или количества) газа при постоянной температуре обратно пропорционально объему газа: р

    . Если р1 — давление газа при объеме V1, а р2 — его давление при объеме V2, то

    Произведение давления газа данной массы на его объем постоянно, если температура не меняется.

    Этот закон справедлив для любых газов, а также для смесей газов (например, для воздуха).

    Убедиться в справедливости закона Бойля—Мариотта можно с помощью прибора, изображенного на рисунке 2. Герметичный гофрированный сосуд соединен с манометром, регистрирующим давление внутри сосуда. Вращением винта можно менять объем сосуда. Об объеме можно судить с помощью линейки. Меняя объем и измеряя давление, можно заметить, что уравнение выполняется.

    Как и другие физические законы, закон Бойля—Мариотта является приближенным. При давлениях, в несколько сотен раз больших атмосферного, отклонения от этого закона становятся существенными.

    На графике зависимости давления от объема каждому состоянию газа соответствует одна точка.

    Процесс изменения давления газа в зависимости от объема изображается графически с помощью кривой, которая носит название изотермы (рис. 3). Изотерма газа выражает обратно пропорциональную зависимость между давлением и объемом. Кривую такого рода называют гиперболой. Разным постоянным температурам соответствуют различные изотермы, так как более высокой температуре при одном и том же объеме соответствует большее давление(1). Поэтому изотерма, соответствующая более высокой температуре t2, лежит выше изотермы, соответствующей более низкой температуре t1.

    Молекулярно-кинетическое истолкование закона Бойля—Мариотта

    Давление газа зависит от числа ударов молекул о стенку сосуда. Число ударов прямо пропорционально числу молекул в единице объема (концентрации n). При уменьшении объема газа концентрация увеличивается, так как n = , где N — число молекул в сосуде. Давление пропорционально концентрации и, следовательно, обратно пропорционально объему: р

    n – . Так и должно быть согласно закону Бойля—Мариотта.

    Закон Бойля—Мариотта устанавливает простую обратно пропорциональную зависимость между давлением и объемом газа при постоянной температуре. [2]

    3.Область применения закона Бойля-Мариотта

    Закон Бойля-Мариотта справедлив для любых газов, а так же и для их смесей, например, для воздуха.

    А) сжатие воздуха компрессором

    Б) расширение газа под поршнем насоса при откачивании газа из сосуда.

    В) при дыхании межреберные мышцы и диафрагма периодически изменяют объем грудной клетки. Когда грудная клетка расширяется, давлениевоздуха в легких падает ниже атмосферного, т.е. «срабатывает» изотермический закон( pV = const ), и в следствие образовавшегося перепада давлений происходит вдох. [4]

    Другими словами воздух идет из окружающей среды в легкие самотеком до тех пор, пока величины давления в легких и в окружающей среде не выровняются.

    Выдох происходит аналогично: вследствие уменьшения объема легких давление воздуха в них становится больше, чем внешнее атмосферное, и за счет обратного перепада давлений он переходит наружу.

    Г)В огнестрельном оружии для выталкивания пули из ствола. В качестве теплоносителей; рабочего тела для выполнения механической работы (реактивные двигатели и снаряды, газовые турбины, парогазовые установки, пневмотранспорт и др.), физической среды для газового разряда (в газоразрядных трубках и др. приборах).

    В технике используется свыше

    30 различных газов.

    Д) Газы в технике, применяются главным образом в качестве топлива; сырья для химической промышленности: химических агентов при сварке, газовой химико-термической обработке металлов, создании инертной или специальной атмосферы, в некоторых биохимических процессах. Газы также применяют в качестве амортизаторов (в шинах), рабочих тел в двигателях (тепловых на сжатом газе), двигателях внутреннего сгорания.[1]

    4.Исследовательская часть

    Рассмотрим газ заключенный в сосуд с подвижным поршнем. Его состояние характеризуется основными тремя параметрами: давлением, объемом и температурой.

    Зависимость двух величин, при фиксированной третьей дает нам три газовых закона.[5]

    Связь давления и объема при постоянной температуре исследовали английский физик Роберт Бойль и француз Эдм Мариотт.

    Мои опыты я начну с того, чтобы использовать закон Бойля-Мариотта. Попробую оценить давление газа в бутылке с сильногазированным напитком и попробую доказать, что из напитка выходит углекислый газ.

    Оборудование: бутылка с сильногазированным напитком, воздушный ( резиновый) шарик, сосуд с водой, мензурка, шприц объемом в 160 мл, спички, салфетки и лист бумаги А4 с маркером.

    Как убедиться, что в бутылке именно углекислый газ?

    В углекислом газе не происходит реакции горения и он тяжелее воздуха..

    Значит, он должен осесть на дно мензурки и вытеснит воздух.

    Но как извлечь газ из бутылки?

    Для этого я использовал резиновый шарик, который натянул на горлышко бутылки. Аккуратно провернул крышку бутылки и выпустил из нее газ, который устремился в шарик. Шарик надулся. Значит, давление в нем стало равным атмосферному.

    По закону Бойля-Мариотта ,во сколько раз уменьшится давление газа, во столько же раз увеличится объем.

    Не допустив вытечки газа из шарика, я аккуратно снял его с горлышка бутылки и медленно выдавил содержимое внутрь мензурки.

    Углекислый газ тяжелее воздуха, поэтому он опустится на дно цилиндра.

    Где потухнет спичка, там будет граница углекислого газа с воздухом.

    Я проделал эксперимент три раза и использовал среднее значение объема газа в мензурке.

    Теперь нужно определить объем газа в бутылке. Для этого я использовал шприц и чистую воду. Набрал полный шприц воды и заполнил ею бутылку доверху. У меня поместилось 65 мл воды. Это и будет второй объем газа.

    Осталось только рассчитать давление газа, используя закон Бойля-Мариотта.

    5.Заключение

    Итак, я исследовал зависимость давления газа от его объема доказав справедливость закона Бойля –Мариотта. Я убедился в том, что давление газа в бутылке очень велико и составляет более трех атмосфер.

    Хотя полученный результат назвать точным сложно, поэтому я и поставил для себя цель не вычисления а оценки давления. И оно оказалось гораздо больше атмосферного!

    Данный способ оценки давления очень интересный и доступен каждому.

    Таким образом, познавать физику выполняя задачи, используя эксперимент, гораздо интереснее и поучительней.

    Я считаю, что экспериментальные задачи-лучший способ изучения физики.

    Такие опыты можно проводить с учениками в школе на внеурочной деятельности, что позволит заинтересовать не только старшие классы, но и младшие.

    6.Список используемой литературы

    1. Балыбердина И.Т. Физические методы переработки и использования газа

    Учебник для вузов, М.: Недра, 1988 г. ,248 с.

    2. Матвеев А.Н. Молекулярная физика

    3.Мякишев. Физика. 10 класс. Учебник. Базовый уровень. ВЕРТИКАЛЬ. (ФГОС).

    4. Скворцова Н.Н. Учебное пособие.Основы молекулярной биологии.

    Министерство образования и науки РФ

    5. Сорокин А.В. Наблюдение, эксперимент, моделирование, Элективный курс,2006

    История открытия изотермического процесса (Закон Бойля-Мариотта)

    Бойль наблюдал за изменением объёма воздуха, запертого в длинной изогнутой трубке столбом ртути (рис. 3.6, а). Вначале уровни ртути в обоих коленах трубки были одинаковыми, и давление воздуха равно атмосферному ( 760 мм ртутного столба). Доливая ртуть в длинное колено трубки, Бойль заметил, что объём воздуха уменьшился вдвое, когда разность уровней в обоих коленах оказалась равной h = 760 мм, и, следовательно, давление воздуха увеличилось вдвое (рис. 3.6, б). Это навело Бойля на мысль о том, что объём данной массы газа и его давление находятся в обратно пропорциональной зависимости. Дальнейшие наблюдения за изменением объёма при доливании разных порций ртути подтвердили это заключение. Несколько позднее, независимо от Бойля, французский учёный Эдм Мариотт пришёл к тем же выводам. Этот закон получил название “Закон Бойля-Мариотта”. Данный закон гласит: давление данной массы газа при постоянной температуре обратно пропорционально объёму газа.

    “Изо” с греческого – равный, одинаковый; термо – температура.

    [Моё]? Тогда это закон Бойля-Мариотта-Tирекса.

    О современной физике в одном абзаце

    Больше околонаучного на канале https://t.me/everScience

    О ЯДОВИТОЙ ЛАПШЕ НА УШИ

    Пришла пора опубликовать здесь свою заметку, писанную в 2010 году или раньше. Потому что актуальности она не утратила.

    Илья Ильф при полной поддержке Евгения Петрова не церемонился со скудоумными соотечественниками. Достаточно вспомнить Эллочку Щукину, которую он сравнивал по уровню развития с людоедами племени мумбо-юмбо, или её подругу Фиму Собак, знавшую богатое слово гомосексуализм. Была в записных книжках Ильфа и шутка про человека такого некультурного, что бактерия ему снилась в виде большой собаки.

    Это я к тому, что на днях многочисленные интернет-леди сделали перепост одного и того же текста с проникновенным заголовком «Для всех, кто дорожит здоровьем близких. ».

    Привожу его полностью, с авторской орфографией и пунктуацией.

    1. Никакой пластиковой посуды в микроволновых печках.
    2. Никаких пластиковых бутылок с водой в морозильных камерах.
    3. Никаких пластиковых упаковок в микроволновых печах.
    Эта информация была опубликована в газете, выпускаемой больницей им. Джона Хопкинса (Johns Hopkins Hospital), а также распространена Медицинским центром Walter Reed Army.
    Диоксин вызывает раковые заболевания, особенно рак груди.
    Диоксин является высоко ядовитым веществом для клеток человеческого организма.
    Не замораживайте пластиковые бутылки с водой, так как это приводит к освобождению дииоксина, входящего в состав пластика.
    Особое внимание следует уделить недопустимости использования пластиковой посуды для нагревания пищи в микроволновках. Особо это касается жирной пищи. Сочетание жира, высокой температуры и пластика вызывает освобождение диоксина и его проникновения в пищу, а, соответственно, в конечном счете, в клетки человеческого организма.
    Вместо пластика, медики рекомендуют для подогрева пищи использовать стеклянную или керамическую посуду. Результат будет тот же, но без диоксина в пище!
    Поэтому продукты быстрого приготовления, такие как растворимые супы, каши и т.д. вначале необходимо переложить из пластиковой упаковки в стеклянную посуду, а затем лишь ставить в микроволновку или любую другую печь.
    Также недопустимо использование пластиковых крышек, покрытий во время приготовления пищи в микроволновой печи. Это также опасно, как и использовать пластиковую посуду. Высокая температура приводит к тому, что диоксин практически «растаивает и стекает» с такой крышки в пищу. Намного безопаснее использовать бумажные салфетки.

    Конец пространной цитаты…

    …которая представляет собой классический образец белиберды, рассчитанной на впечатлительного идиота – или идиотку, да простят меня дамы. Потому что образ диоксина, «освободившегося» из пищевой посуды благодаря «сочетанию жира, высокой температуры и пластика», или диоксина, который «растаивает и стекает» в пищу – это штука посильнее «Фауста» Гёте, как сказал бы один Отец Народов. И очень напоминает ту самую бактерию в виде большой собаки.

    Фрэнк Заппа язвил: современная журналистика – это когда тот, кто не умеет писать, берёт интервью у того, кто не умеет говорить, для того, кто не умеет читать. Я бы добавил, что зачастую разговор идёт на тему, в которой ни бельмеса не смыслят все трое.

    Пожалуй, в процитированной статейке верно лишь одно: диоксины (их много разных) действительно представляют смертельную опасность. Кроме рака, они вызывают многие болезни, а ядовиты примерно в тысячу раз сильнее, чем боевые отравляющие вещества.

    Но вот незадача: в состав любого диоксина входит хлор. Которого нет и быть не может в полиэтилене, состоящем только из углерода с водородом – это проходят в средней школе.

    Хлор есть в ПВХ – поливинилхлориде, из которого не посуду делают, а лепят, например, дешёвую напольную плитку. Если такую плитку сжигать (не нагревать в микроволновке, а именно сжигать!), в самом деле можно получить диоксин. И если отбеливать хлором целлюлозную пульпу – тоже. И если производить гербициды хлорфенольного ряда… Но какое, интересно, отношение это имеет к кулинарии?

    Авторы начинают путаться уже с «освобождением» диоксина: то ли при замораживании оно происходит, то ли при нагревании, да ещё с жиром… А на фразе про невероятно смертоносный яд, «который входит в состав пластика» – пищевого! – человеку разумному становится ясно, что статейка – полный бред. При том, что и микроволновки не так уж безопасны, и с пластиками, даже пищевыми, надо держать ухо востро.

    Есть соблазн поглумиться над каждой строчкой безграмотных авторов, у которых одинаково плохо и с русским языком, и с физикой-химией. Им для начала не худо бы усвоить, что термическая деформация – это физический процесс, а горение – химический. При окислении появляются новые вещества, а при плавлении – нет.

    Есть соблазн, и всё же я не стану тратить время. Ограничусь предложением «для всех, кто дорожит здоровьем близких»: если выуживаете в сети заметки на жизненно важную тему – не почтите за труд освежить в памяти школьную программу, наведите пару справок, ведь интернет как раз под рукой!

    И не спешите верить всему, что публикуют доброхоты-двоечники. Особенно если они пугают вас подслушанным где-то непонятным словечком диоксин и ссылаются на американскую клинику имени Хопкинса. Очень может быть, что это как раз пациенты клиники резвятся в отсутствие санитаров.

    Газовые законы. Закон Бойля-Мариотта

    Областное бюджетное образовательное учреждение

    среднего профессионального образования

    «Курский монтажный техникум»

    Преподаватель: Шелкова М.С.

    Газовые законы. Закон Бойля-Мариотта.

    (Методическая разработка открытого занятия по физике)

    Тема: Газовые законы. Закон Бойля-Мариотта.

    Тип занятия: комбинированный.

    Цели:

    образовательная: проверка усвоения теоретических знаний о

    газовых законах, совершенствование умений

    использования закона Бойля-Мариотта;

    – воспитательная: воспитание чувства ответственности за свою

    деятельность, совершенствование умения работать в

    группе, развитие мотивации к изучению предмета;

    – развивающая: развитие творческих способностей: память, внимание,

    воображение; развитие логического мышления и

    способности к систематизации знаний, анализу изученного

    Задачи:

    – повторить и обобщить ранее изученный материал по обозначенной теме;

    – продолжить формировать умения использовать полученные знания при решении практико-ориентированных задач;

    – совершенствовать знания обучающихся и способствовать самостоятельному использованию данных знаний на практике;

    – активизировать учебную деятельность исследовательского характера посредством проведения эксперимента;

    – совершенствовать навыки использования различных измерительных инструментов.

    Оборудование: интерактивная доска, автоматизированное рабочее место

    преподавателя, ручки, стеклянная банка 2л, воздушный

    шарик, две пластиковые банки с крышкой, сосуд с холодной

    водой, горячая вода, пустой сосуд, пластиковая бутылка 1,5 л

    заполненная водой, медицинская пипетка, заполненная

    подкрашенной водой, приборы лабораторной работы.

    Ход занятия

    1. Организационный момент.
    1. Рефлексия эмоционального состояния.
    1. Постановка проблемной ситуации.

    П: Предлагаю вам посмотреть видео эксперимент (демонстрация видео опыта). Как было показано в данном опыте, вывод должен соответствует закону Бойля-Мариотта, открытому двумя величайшими учеными в разное время – англичанином Робертом Бойлем в 1662 г. и французом Эдмом Мариоттом в 1667г. А соответствует он или нет мы с вами и проверим при выполнении лабораторной работы.

    1. Активизация знаний.

    П: Для этого прежде всего необходимо вспомнить некоторые понятия и величины по теме газовые законы.

    Задание 1: Заполните пропущенные слова в определениях.

    Идеальный газ – ………… реального газа, в которой пренебрегают ………. молекул и взаимодействие между молекулами………………

    Состояние идеального газа характеризуется ….. параметрами состояния: давление,…………. и температура.

    Изопроцессы – это процессы протекающие при …… значении одного из параметров

    Задание 2: Допишите формулы:

    Задание 3: Построим дом знаний (Заполняют блоки по законам. После каждого блока показывают опыт).

    П: Сегодня газовые законы легко можно вывести из уравнения состояния идеального газа. Но первоначально газовые законы были получены экспериментальным путем, часто даже сами ученые не придавали значения полученным результатам. И только лишь спустя некоторое время, по мере формирования науки о тепловых явлениях, приходило понимание фундаментальности полученных взаимосвязей.

    а) Чтобы проиллюстрировать изохорный процесс посмотрим опыт “Разрушение банки”.

    б) Чтобы проиллюстрировать изобарный процесс посмотрим опыт “Шар в банке”.

    в) Чтобы проиллюстрировать изотермический процесс посмотрим опыт “Картезианский водолаз”

    1. Рефлексия эмоционального состояния.
    1. Решение задач.

    П: Я предлагаю вам попробовать себя в роли преподавателя. Перед вами «черный ящик», в котором находятся интересные задания. Вы выходите, достаете карточку, зачитываете вопрос и спрашиваете своих одногруппников.

    Карточки с вопросами:

    1. Почему при надувании щек увеличивается давление и объем, ведь это противоречит закону Бойля-Мариотта? (В данной задаче закон Бойля-Мариотта не применим, т.к. m ≠ const)
    2. Почему при выливании воды из медицинской грелки не слышно такого «булькания», как при выливании воды из стеклянной бутылки? ( По мере вытекания воды из стеклянной бутылки объём, находящегося над водой воздуха возрастает, согласно закону Бойля-Мариотта, давление уменьшается. Когда разность давлений снаружи и внутри становится достаточно большой, некоторая «порция ) воздуха, т.е. воздушный пузырёк, прорывается внутрь бутылки, создавая характерное «булькание»,. Давление внутри бутылки при этом несколько возрастает. Через некоторое время процесс повторяется. Если же стенки сосуда, из которого вытекает вода, не являются жёсткими, то по мере вытекания воды атмосферное давление сплющивает этот сосуд. Давление внутри сосуда остаётся практически равным атмосферному и «булькание» не возникает.)
    3. Какая польза в зевании? (Зевота (глубокий затяжной вдох и короткий выдох при широко открытом рте) – это рефлекторный акт, являющийся признаком усталости или нехватки кислорода. Однако наряду с проявлением дискомфортного состояния зевота выполняет и защитную функцию для организма. Во время зевания дыхательные пути расширяются, лицевые и челюстные мышцы расслабляются, после чего наступает короткая пауза, во время которой весь организм отдыхает. Следовательно, зевота помогает уставшему организму дольше находиться в состоянии бодрствования.)

    П: Любые состояния газа можно описать уравнением состояния: Клапейрона, либо Менделеева-Клапейрона. Эти уравнения содержат в себе, как частные случаи, газовые законы. Газовые законы имеют множество применений в медицине, быту, технике. Внимание на экран, приведем еще несколько примеров.

    1. Объяснение задания лабораторной работы.
    2. Физическая минутка.
    3. Инструктаж по технике безопасности.

    П: Перед тем, как вы приступите к выполнению лабораторной работы, напоминаю вам правила безопасности при работе с приборами. Инструкция находится на ваших столах, прошу обратить внимание на пункты 1, 2, 3, 4, 6, 7, 16, 22 и 23.

    1. Проведения опыта и оформление отчета.

    Студенты, разделенные на две микрогруппы, выполняют опыт и вычисляют по результатам измерений необходимые величины, параллельно готовят устно вывод.

    1. Формулировка вывода.

    П: Вы провели опыт и определили постоянную величину с = PV, к каким выводам вы пришли?

    Студенты дают свои варианты выводов по работе.

    • Давайте выберем наиболее предпочтительный вариант вывода по работе из представленных. (Варианты выводов на слайде.)
      1. Формулировка темы лабораторной работы.

    П: Уважаемые студенты, а вы не заметили ничего необычного в методических указаниях лабораторной работы. Верно, там не сформулирована тема нашей лабораторной работы. Сформулируем и запишем ее.

    1. Рефлексия изученного материала.

    П: Предлагаю подвести итог нашего занятия в творческой форме (составление синквейна, паспорта закона).

    1. Подведение итогов занятия.
    2. Рефлексия эмоционального состояния.
    3. Окончание занятия.

    Урок 25. Закон Бойля-Мариотта

    В уроке 25 «Закон Бойля-Мариотта» из курса «Химия для чайников» рассмотрим закон, связывающий давление и объем газа, а также графики зависимости давления от объема и объема от давления. Напомню, что в прошлом уроке «Давление газа» мы рассмотрели устройство и принцип действия ртутного барометра, а также дали определение давлению и рассмотрели его единицы измерения.

    Роберт Бойль (1627-1691), которому мы обязаны первым практически правильным определением химического элемента (узнаем в гл. 6), интересовался также явлениями, происходящими в сосудах с разреженным воздухом. Изобретая вакуумные насосы для выкачивания воздуха из закрытых сосудов, он обратил внимание на свойство, знакомое каждому, кому случалось накачивать камеру футбольного мяча или осторожно сжимать воздушный шарик: чем сильнее сжимают воздух в закрытом сосуде, тем сильнее он сопротивляется сжатию. Бойль называл это свойство «пружинистостью» воздуха и измерял его при помощи простого устройства, показанного на рис. 3.2, а и б.

    Бойль запирал ртутью немного воздуха в закрытом конце изогнутой трубки (рис. 3-2, а) а затем сжимал этот воздух, понемногу добавляя ртуть в открытый конец трубки (рис. 3-2, б). Давление, испытываемое воздухом в закрытой части трубки, равно сумме атмосферного давления и давления столбика ртути высотой h (h — высота, на которую уровень ртути в открытом конце трубки превышает уровень ртути в закрытом конце). Полученные Бойлем данные измерения давления и объема приведены в табл. 3-1. Хотя Бойль не предпринимал специальных мер для поддержания постоянной температуры газа, по-видимому, в его опытах она менялась лишь незначительно. Тем не менее Бойль заметил, что тепло от пламени свечи вызывало значительные изменения свойств воздуха.

    Анализ данных о давлении и объеме воздуха при его сжатии

    Таблица 3-1, которая содержит экспериментальные данные Бойля о взаимосвязи давления и объема для атмосферного воздуха, расположена под спойлером.

    После того как исследователь получает данные, подобные приведенным в табл. 3-1, он пытается найти математическое уравнение , связывающее между собой две зависящие друг от друга величины, которые он измерял. Один из способов получения такого уравнения заключается в графическом построении зависимости различных степеней одной величины от другой в надежде получить прямолинейный график. Общее уравнение прямой линии имеет вид:

    где х и у — связанные между собой переменные, а a и b — постоянные числа. Если b равно нулю, прямая линия проходит через начало координат.

    На рис. 3-3 показаны различные способы графического представления данных для давления Р и объема V, приведенных в табл. 3-1. Графики зависимости Р от 1/К и зависимости V от 1/Р представляют собой прямые линии, проходящие через начало координат. График зависимости логарифма Р от логарифма V также является прямой линией с отрицательным наклоном, тангенс угла которого равен — 1. Все эти три графика приводят к эквивалентным уравнениям:

    • P = a / V (3-3а)
    • V = a / P (3-3б)
    • lg V = lg а — lg Р (3-3в)

    Каждое из этих уравнений представляет собой один из вариантов закона Бойля-Мариотта, который обычно формулируется так: для заданного числа молей газа его давление пропорционально объему, при условии что температура газа остается постоянной.

    Кстати, наверняка вам стало интересно, почему закон Бойля-Мариотта назван двойным именем. Это произошло так, потому что этот закон независимо от Роберта Бойля, который открыл его в 1662 году, был переоткрыт Эдмом Мариоттом в 1676 году. Вот так вот.

    Когда взаимосвязь между двумя измеряемыми величинами проста до такой степени, как в данном случае, ее можно установить и численным способом. Если каждое значение давления Р умножить на соответствующее значение объема V, нетрудно убедиться, что все произведения для заданного образца газа при постоянной температуре оказываются приблизительно одинаковыми (см. табл. 3-1). Таким образом, можно записать, что

    • P·V = а ≈ 1410 (3-3г)

    Уравнение (З-Зг) описывает гиперболическую зависимость между величинами Р и V (см. рис. 3-3,а). Для проверки того, что построенный по экспериментальным данным график зависимости Р от V действительно соответствует гиперболе, построим еще дополнительный график зависимости произведения P·V от Р и убедимся, что он представляет собой горизонтальную прямую линию (см. рис. 3-3,д).

    Бойль установил, что для заданного количества любого газа при постоянной температуре взаимосвязь между давлением Р и объемом V вполне удовлетворительно описывается соотношением

    • P·V = const (при постоянных Т и n) (3-4)

    Формула из закона Бойля-Мариотта

    Для сопоставления объемов и давлений одного и того же образца газа при различных условиях (но постоянной температуре) удобно представить закон Бойля-Мариотта в следующей формуле:

    где индексы 1 и 2 соответствуют двум различным условиям.

    Пример 4. Доставляемые на плато Колорадо пластмассовые мешочки с пищевыми продуктами (см. пример 3) часто лопаются, потому что воздух, находящийся в них, при подъеме от уровня моря на высоту 2500 м, в условиях пониженного атмосферного давления, расширяется. Если предположить, что внутри мешочка при атмосферном давлении, соответствующем уровню моря, заключено 100 см3 воздуха, какой объем должен занимать этот воздух при той же температуре на плато Колорадо? (Допустим, что для доставки продуктов используются сморщенные мешочки, не ограничивающие расширение воздуха; недостающие данные следует взять из примера 3.)

    Решение
    Воспользуемся законом Бойля в форме уравнения (3-5), где индекс 1 будем относить к условиям на уровне моря, а индекс 2 — к условиям на высоте 2500 м над уровнем моря. Тогда Р1 = 1,000 атм, V1 = 100 см3, Р2 = 0,750 атм, а V2 следует вычислить. Итак,

    • P1·V1 = Р2·V2
    • 1,000 атм · 100 см3 = 0,750 атм · V2
    • V2 = 133 см3

    Надеюсь, что после изучения урока 25 «Закон Бойля-Мариотта» вы запомните зависимость объема и давления газа друг от друга.. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии. Если вопросов нет, то переходите к следующему уроку.

    Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: