波义耳定律、查理定律、盖-吕萨克定律

文章标题:波义耳定律、查理定律、盖-吕萨克定律

波义耳定律

罗伯特·波义耳(1627-1691)进行了一系列实验,研究气体压力和体积之间的定量关系。该实验通过将一定量的气体注入一个密闭容器中进行。经过一番摸索,他发现,在保持气体温度恒定的情况下,当气体压力增大时,气体体积减小;反之亦然。气体压力与气体体积成反比。这种关系被称为波义耳定律。数学表达式为:

波义耳定律、查理定律、盖-吕萨克定律 1

波义耳定律还可以写成:

PV = 常数 → 方程 1

P₁V₁ = P₂V₂ →方程式2​​​

波义耳定律、查理定律、盖-吕萨克定律 2方程式1的含义是:在温度(T)恒定的情况下,如果气体的压力(P)发生变化,则气体的体积(V)也会发生变化。

因此,压力和体积相乘的结果始终为常数。如果气体压力增大,气体体积减小;反之亦然,如果气体压力减小,气体体积增大,所以压力和体积的乘积始终为常数。

下图所示为描述体积与压力关系的图表。根据实验结果,罗伯特·波义耳发现气体的体积变化不规则,因此图表中的曲线呈弯曲状。图表中显示的压力是绝对压力。

查理定律

在罗伯特·波义耳发现体积与压力的关系一百年后,一位名叫雅克·查尔斯(1746-1823)的法国科学家研究了温度与气体体积的关系。根据实验结果,他发现,在气体压力恒定的情况下,气体温度升高时,气体体积也增大;反之,气体温度降低时,气体体积也减小。

由于温度变化引起的气体体积变化具有规律性,因此该图上的曲线看起来是直线。如果将图中的曲线一直画到温度更低的时候,那么这条线将与坐标轴相交于大约 -273 ° C。

根据已进行的大量实验,发现虽然每种气体的体积变化幅度各不相同,

当VT图上的曲线向较低温度方向绘制时,曲线总是与坐标轴相交于-273℃附近。我们可以说,如果气体冷却到-273 ℃,则气体体积为0。如果气体再次冷却到温度低于-273 ℃,则气体体积将为负值,这是不可能的。

波义耳定律、查理定律、盖-吕萨克定律 3所以 -273 oC 是可达到的最低温度。因为这条线与轴线的交点在 -273 附近。 o根据协议,C 确定可达到的最低温度为 -273.15 oC. -273.15 o摄氏度被称为绝对零度,并被用作绝对温度标度参考,即开尔文温度标度。开尔文是以英国物理学家开尔文勋爵(1824-1907)的名字命名的。在这个标度中,温度以开尔文 (K) 表示,而不是以开尔文 (K) 表示。o开尔文温度(K)度。度之间的距离与摄氏度相同。0 K = -273.15 oC 和 273.15 K = 0 oC.

摄氏温度可以通过加上 273.15 转换为开尔文温度,开尔文温度可以通过减去 273.15 转换为摄氏温度。数学表达式为:

T (K) = T ( o C) + 273.15

T(摄氏度)= T(开尔文)- 273.15

T = 温度

K = 开尔文

C = 摄氏度

如果温度以开尔文温度标度表示,则上图将如下图所示。

根据这张图,我们可以得出结论:在恒定压力下,气体的体积始终与气体的绝对温度成正比。如果气体的绝对温度升高,气体的体积也会升高;反之,如果气体的绝对温度降低,气体的体积也会降低。这种关系被称为查理定律。数学表达式为:

体积 α 温度 → 恒压

V α T → P 常数

波义耳定律、查理定律、盖-吕萨克定律 4

方程1的含义是,在恒压(P)下,如果气体的绝对温度(T)发生变化,则气体的体积(V)也会发生变化,使得绝对温度与体积之比始终保持不变。如果气体的绝对温度升高,气体的体积也会增大;反之亦然,如果气体的绝对温度降低,气体的体积也会减小。

气体的体积也会减小,因此温度与体积的比值始终保持不变。气体的绝对温度是指气体的温度,以开尔文温标表示。如果温度仍然是摄氏温标,则需要先将其转换为开尔文温标。

盖-吕萨克定律

约瑟夫·盖-吕萨克(1778-1850)通过实验发现,在气体体积恒定的情况下,当气体压力增大时,气体的绝对温度也会升高;同样地,当气体压力减小时,气体的绝对温度也会降低。在体积恒定的情况下,气体压力与气体的绝对温度成正比。这种关系被称为盖-吕萨克定律。数学表达式为:

压力 α 温度 → 恒定体积

P α T → V 为常数

波义耳定律、查理定律、盖-吕萨克定律 5

方程1的含义是,在体积(V)恒定的情况下,如果气体的压力(P)发生变化,气体的绝对温度(T)也会发生变化,使得压力与绝对温度的比值保持不变。换句话说,如果气体压力增大,气体的绝对温度也会升高;反之亦然,如果气体压力减小,气体的绝对温度也会降低。

气体的绝对温度也会降低,因此压力与温度之比始终保持不变。

气体的绝对温度是指气体的实际温度,以开尔文温标表示。如果当前温度仍以摄氏度表示,则需先将其转换为开尔文温标。

请注意,玻意耳定律、查理定律和盖-吕萨克定律仅在气体压力和密度不太显著时才能提供准确的结果。此外,这三个定律也仅适用于温度远低于沸点的气体。

基于此,我们可以得出结论:玻意耳定律、查理定律和盖-吕萨克定律并非适用于所有气体条件。由于它们无法涵盖所有​​实际气体条件,我们需要引入理想气体的概念。理想气体在日常生活中并不存在。理想气体只是一个理想模型,类似于理想刚体和理想流体的概念。因此,我们假设上述三个气体定律适用于所有理想气体条件。

在解决气体定律问题时,温度必须以开尔文温标表示。如果气体压力仍然是测量压力,则首先将其转换为绝对压力。绝对压力 = 大气压力 + 测量压力

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