Cтраница 3
Калорическое уравнение состояния идеального газа можно установить исходя из опытов Гей-Люссака и Джоуля - Томсона. Согласно этим опытам при расширении разреженного газа в пустоту без притока теплоты ( 6Q 0) его температура не изменяется. Отсюда следует закон Джоуля: энергия идеального газа, находящегося при постоянной температуре, не зависит от занимаемого-им объема. [31]
Так, независимость внутренней энергии идеального газа от объема следует из опытов Гей-Люссака - Джоуля или из анализа газокинетической модели твердых шариков. Но этот факт можно получить из уравнения состояния идеального газа, не имея в виду никакой модели, а просто считая его эмпирическим соотношением, описывающим поведение определенного класса объектов. [32]
В заключение обсудим несколько более подробно необратимый адиабатический процесс, совершающийся в опыте Гей-Люссака ( фиг. [33]
В качестве примера вычисления возрастания энтропии в простейшем необратимом процессе рассмотрим расширение идеального газа, подобно описанному в опыте Гей-Люссака. Допустим, что газ из сосуда I расширился и занял объем сосудов I и II. При этом согласно определению идеального газа температура при расширении будет оставаться неизменной, поскольку система изолирована и общая энергия, стало быть, не меняется. Но Q / T есть прирост энтропии системы пружина - резервуар, и, следовательно, определяет возрастание энтропии при свободном расширении идеального газа. [34]
Рассмотрим теперь производные ( dUjdV) T и ( дН / дР) т, которые появляются при описании опытов Гей-Люссака и Джоуля - Томсона ( см. гл. [35]
Из уравнения ( VII, 25) следует, что при адиабатическом процессе температура идеального газа изменяется только в том случае, если газ совершает работу, - вывод, который читатели уже знают из анализа опыта Гей-Люссака. [36]
Мы видим, как далек был великий французский химик от мысли, что, открывая бутыли, он вместе с воздухом вносит в виноградный сок или бульон нечто данным давно известное, а именно округлые тельца, замеченные в дрожжах Анто-ни Ван Левенгуком за сто двадцать лет до опытов Гей-Люссака. [37]
В опыте Дарвина газ приводит в движение первоначально покоящуюся пулю, выбрасывает ее из духового ружья, совершая работу. В опыте Гей-Люссака расширяющийся газ ничего не приводит в движение за пределами стенок обоих баллонов и не совершает никакой работы. При выстреле ядром пороховые газы, приводя в движение первоначально покоящееся ядро, совершают работу. При холостом выстреле газы не производят подобной работы. [38]
Из уравнения ( V, 4) следует: работа равна нулю в тех случаях, когда хотя бы один из трех сомножителей этого уравнения равен нулю. В опыте Гей-Люссака силы, с какими газ давил на всю поверхность обоих баллонов, были отличны от нуля. [39]
Так, в примере с шариком, скатывающимся с наклонной плоскости, в случае наличия трения шарик также может быть поднят в точку 2, но, для того чтобы сделать это, нужно затратить работу, равную убыли энергии шарика, обусловленной трением; эта работа должна быть подведена от какого-либо внешнего источника. Газ, расширившийся в опыте Гей-Люссака - Джоуля, может быть вновь возвращен в сосуд 7, если, например, использовать вакуумный насос, но на привод этого насоса будет затрачена работа. [40]
Формула (5.16) является математическим выражением закона Гей-Люссака. На рис. 5.1 схематически изображен опыт Гей-Люссака. Колба с газом помещается в сосуд с водой и льдом. В пробку вставлена трубка, изогнутая таким образом, что свободный конец ее горизонтален. Газ в колбе отделен от окружающего воздуха небольшим столбиком ртути в трубке. [41]
Мы получили общее соотношение, которое, конечно, должно быть справедливо и в частном случае идеального газа. Вспомним, что ранее из результатов опыта Гей-Люссака - Джоуля или из микроскопической моде-лимы выводили независимость внутренней энергии идеального газа от объема. [42]
При адиабатическом процессе, согласно уравнению ( VII, 25), температура идеального газа изменяется только в том случае, если газ совершает объемную работу. Этот вывод читатели уже знают из анализа опыта Гей-Люссака. [43]
Не было понято, почему в опыте Дарвина изменение объема газа сопровождается изменением температуры, а в опыте Гей-Люссака изменение объема газа происходит без изменения температуры. [44]
Нетрудно сделать вывод, что внутренняя энергия идеального газа не зависит от объема. Этот вывод хорошо согласуется с моделью упругих шариков, взаимодействующих только при непосредственном соприкосновении; но подчеркнем, что опыт Гей-Люссака - Джоуля позволяет сделать его независимо от модели, вообще независимо от того, приняли мы какую-либо модель или нет. [45]