Ещё в глубокой древности человек замечал, что воздух оказывает давление на наземные предметы, особенно во время бурь и ураганов. Он пользовался этим давлением, заставляя ветер двигать парусные суда, вращать крылья ветряных мельниц. Однако долго не удавалось доказать, что воздух имеет вес. Только в XVII веке был поставлен опыт, доказавший весомость воздуха. Поводом к этому послужило случайное обстоятельство. В Италии в 1640 году герцог Тосканский задумал устроить фонтан на террасе своего дворца. Воду для этого фонтана должны были накачивать из соседнего озера, но вода не шла выше 32 футовм. Герцог обратился за разъяснениями к Галилею, тогда уже глубокому старцу. Великий ученый был смущен и не нашелся сразу, как объяснить это явление. И только ученик Галилея, Торричелли, после долгих опытов, доказал, что воздух имеет вес, и давление атмосферы уравновешивается столбом воды в 32 фута. Он пошел в своих исследованиях ещё дальше и в 1643 году изобрел прибор для измерения атмосферного давления — барометр
Объяснение:
Дано:
Q = 0 - процесс адиабатный
m = 1 кг
t₁ = 15°C; T₁ = 273+15 = 288 K
p₁ = 1 бар = 1·10⁵ Па
p₂ = 8 бар = 8·10⁵ Па
i = 5 - число степеней свободы воздуха
M = 29·10⁻³ кг/моль - молярная масса воздуха
A - ?
V₂ - ?
T₂ - ?
Число молей воздуха:
ν = m/M = 1 / (29·10⁻³) ≈ 34,5 моль
Постоянная Пуассона:
γ = (i + 2) / i = (5+2)/5 = 7/5 = 1,4
Теплоемкость при постоянном объеме:
Cv = i·R/2 = 5·8,31/2 ≈ 20,8 Дж / К
1)
Из уравнения Менделеева-Клапейрона:
p₁·V₁ = ν·R·T₁
Первоначальный объем воздуха:
V₁ = ν·R·T₁ / p₁ = 34,5·8,31·288 / (1·10⁵) ≈ 0,83 м³
Из уравнения Пуассона:
p·(V)^γ = const
Имеем:
p₁·(V₁)^γ = p₂·(V₂)^γ
1·0,83^(1,4) = 8·(V₂)^(1,4)
0,77 = 8·(V₂)^(1,4)
V₂ ≈ 0,19 м³
2)
Найдем температуру:
T₁·V₁^(γ-1) = T₂·V₂^(γ-1)
288·0,83^(0,4) = T₂·0,19^(0,4)
T₂ = 288·0,928/0,515 ≈ 520 К
3)
Работа:
A = ν·Cv·(T₁ - T₂) = 24,5·20,8·( 288 - 520) ≈ - 120 кДж
Работа имеет знак "-" , поскольку не газ совершил работу, а работа совершена над газом.
В Италии в 1640 году герцог Тосканский задумал устроить фонтан на террасе своего дворца. Воду для этого фонтана должны были накачивать из соседнего озера, но вода не шла выше 32 футовм. Герцог обратился за разъяснениями к Галилею, тогда уже глубокому старцу. Великий ученый был смущен и не нашелся сразу, как объяснить это явление. И только ученик Галилея, Торричелли, после долгих опытов, доказал, что воздух имеет вес, и давление атмосферы уравновешивается столбом воды в 32 фута. Он пошел в своих исследованиях ещё дальше и в 1643 году изобрел прибор для измерения атмосферного давления — барометр