Начнем с выяснения зависимости давления газа от температуры при условии неизменного объема определенной массы газа. Эти исследования были впервые произведены в 1787 г. Жаком Александром Сезаром Шарлем (1746—1823). Можно воспроизвести эти опыты в упрощенном виде, нагревая газ в большой колбе, соединенной с ртутным манометром М в виде узкой изогнутой трубки (рис. 376).
Пренебрежем ничтожным увеличением объема колбы при нагревании и незначительным изменением объема при смещении ртути в узкой манометрической трубке. Таким образом, можно считать объем газа неизменным. Подогревая воду в сосуде, окружающем колбу, будем отмечать тем-
При опускания колбы в горячую воду присоединенный к колбе ртутный манометр М показывает увеличение давления. Т — термометр
пературу газа по термометру Т, а соответствующее давление— по манометру М. Наполнив сосуд тающим льдом, измерим давление р0, соответствующее температуре 0 °С. Опыты подобного рода показали следующее. 1. Приращение давления некоторой массы газа при нагревании на 1 °С составляет определенную часть а того давления, которое имела данная масса газа при температуре 0°С. Если давление при 0°С обозначить через р0, то приращение давления газа при нагревании на 1 °С есть aр0.
При нагревании на t приращение давления будет в t раз больше, т. е. приращение давления пропорционально приращению температуры.
2. Величина a, показывающая, на какую часть давления при 0 °С увеличивается давление газа при нагревании на 1 °С, имеет одно и то же значение (точнее, почти одно и то же) для всех газов, а именно 1/273 °С-1. Величину a называют температурным коэффициентом давления. Таким образом, температурный коэффициент давления для всех газов имеет одно и то же значение, равное 1/273 °С-1.
Давление некоторой массы газа при нагревании на 1 °С при неизменном объеме увеличивается на 1 /273 часть давления, которое эта масса газа имела при 0°С (закон Шарля).
Следует, однако, иметь в виду, что температурный коэффициент давления газа, полученный при измерении температуры по ртутному термометру, не в точности одинаков для разных температур: закон Шарля выполняется только приближенно, хотя и с очень большой степенью точности.
Пренебрежем ничтожным увеличением объема колбы при нагревании и незначительным изменением объема при смещении ртути в узкой манометрической трубке. Таким образом, можно считать объем газа неизменным. Подогревая воду в сосуде, окружающем колбу, будем отмечать тем-
При опускания колбы в горячую воду присоединенный к колбе ртутный манометр М показывает увеличение давления. Т — термометр
пературу газа по термометру Т, а соответствующее давление— по манометру М. Наполнив сосуд тающим льдом, измерим давление р0, соответствующее температуре 0 °С. Опыты подобного рода показали следующее.
1. Приращение давления некоторой массы газа при нагревании на 1 °С составляет определенную часть а того давления, которое имела данная масса газа при температуре 0°С. Если давление при 0°С обозначить через р0, то приращение давления газа при нагревании на 1 °С есть aр0.
При нагревании на t приращение давления будет в t раз больше, т. е. приращение давления пропорционально приращению температуры.
2. Величина a, показывающая, на какую часть давления при 0 °С увеличивается давление газа при нагревании на 1 °С, имеет одно и то же значение (точнее, почти одно и то же) для всех газов, а именно 1/273 °С-1. Величину a называют температурным коэффициентом давления. Таким образом, температурный коэффициент давления для всех газов имеет одно и то же значение, равное 1/273 °С-1.
Давление некоторой массы газа при нагревании на 1 °С при неизменном объеме увеличивается на 1 /273 часть давления, которое эта масса газа имела при 0°С (закон Шарля).
Следует, однако, иметь в виду, что температурный коэффициент давления газа, полученный при измерении температуры по ртутному термометру, не в точности одинаков для разных температур: закон Шарля выполняется только приближенно, хотя и с очень большой степенью точности.
Объяснение:
1.
а)
Работа:
A = p₂·(V₂ - V₁) = 3·10⁵·(4 - 2)·10⁻² = 6 000 Дж или 6 кДж
б)
ΔU = Q - A = 8 - 6 = 2 кДЖ
в)
Из формулы:
ΔU = (i/2)·v·R·ΔT
находим изменение температуры.
Учтем, что газ одноатомный (i=3) и v = 0,8 моль:
2000 = (3/2)·0,8·8,83·ΔT
2000 ≈ 10,6·ΔT
ΔT = 2000 / 10,6 ≈ 190 K
2.
а)
Охлаждаем воду:
Q₁ = c·m (t₂ - t₁) = 4200·0,2· (20-0) = 16 800 Дж
Вода кристаллизуется:
Q₂ = λ·m = 3,3·10⁵·0,2 = 66 000 Дж
Лед остывает:
Q₃ = c₃·m·(t₁ - t₃) = 2100·0,2·(0 - (-5)) = 2 100 Дж
Всего выделится:
Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ = 16 800 + 66 000 + 2 100 ≈ 85 кДж
б)
Холодильник потребляет:
Q₄ = Q / η = 85 000 / 0,1 = 850 000 Дж
Время на получение льда:
t = Q₄ / P = 850 000 / 60 ≈ 4 часа
3.
T₁ = 273 + 227 = 500 K
T₂ = 273 + 47 = 320 К
а)
КПД = (T₁ - T₂) / T₁ = (500 - 320) / 500 = 0,36 или 36%
б)
КПД = A / Q₁
A = КПД·Q₁ = 0,36·1,5 = 540 ДЖ
в)
m = A / q = 540 / 30 000 000 = 18 мг