Объяснение закона Гей-Люссака с точки зрения МКТ
реклама
1 Урок № 8 Тема урока: Изопроцессы в газах. Закон Гей-Люссака Цель: установить зависимость между объёмом и температурой газа при постоянном давлении, научиться решать задачи План изучения нового материала 1. Изобарный процесс 2. Объяснение закона Гей-Люссака с точки зрения МКТ 3. Графическое изображение закона 4. Границы применения закона Гей-Люссака 5. Решение задач Изучение нового материала 1. Изобарный процесс Изобарный процесс (от греческого «барос» – давление) происходит при постоянном давлении. p = const, m = const 𝒑 𝟏 𝑽𝟏 𝑻𝟏 = 𝒑 𝟐 𝑽𝟐 𝑻𝟐 – уравнение состояния, Закон Гей-Люссака 𝑽 𝑻 𝑽𝟏 𝑻𝟏 = 𝑽𝟐 𝑻𝟐 или 𝑻𝟏 𝑻𝟐 = 𝑽𝟏 𝑽𝟐 = const Для данной массы газа отношение объёма к температуре постоянно, если давление газа не изменяется. 2 Закон был открыт экспериментально французским учёным Ж. ГейЛюссаком в 1802 г. 2. Объяснение закона Гей-Люссака с точки зрения МКТ При изобарном повышении температуры увеличивается средняя кинетическая энергия молекул газа и их средняя скорость, что связано с увеличением длины свободного пробега молекул. Поэтому при изобарном расширении газа объём изменяется в соответствии с изменением температуры. 3. Графическое изображение закона Графически изобарный процесс изображается в виде изобары. Рисунок 1, 2, 3 графики изобар в осях VT, Vp, pT 4. Границы применения закона Гей-Люссака Закон Гей-Люссака довольно точно описывает поведение реальных газов при небольших давлениях и высоких температурах; при высоких давлениях и низких температурах наблюдается отклонение от этого закона. 5. Решение задач № 1. При температуре – 23 ℃ газ занимает объём 60 л. Каким будет объём газа при 127 ℃? Давление газа не изменяется. Дано: 𝑽𝟏 = 60 л = 60 ∙ 10−3 м3 ; 𝒕𝟏 = – 23℃; 𝑻𝟏 = 250 K; 𝒕𝟐 = 127℃; 𝑻𝟐 = 400 K 3 𝑽𝟐 - ? Решение: Изобарное расширение газа p = const 𝑽𝟏 𝑻𝟏 = 𝑽𝟐 𝑻𝟐 ; 𝑽𝟐 = 𝑽𝟏 𝑻 𝟏 𝑻𝟏 ; 60 ∙ 10−3 м3 ∙ 400 K 𝑽𝟐 = 250 K = 0,096 м3 = 96 л Ответ: 96 л № 2. До какой температуры можно изобарно охладить некоторую массу газа с начальной температурой 37 ℃, чтобы объём при этом уменьшился на одну четверть? Дано: 3 𝒕𝟏 = 37℃; 𝑻𝟏 = 310 K; 𝑉2 = 𝑉1 4 𝒕𝟐 - ? Решение: Изобарное охлаждение газа p = const. 𝑽𝟏 𝑻𝟏 = 𝑽𝟐 𝑻𝟐 ; 𝑻𝟐 = 𝑽𝟐 𝑻 𝟏 𝑽𝟏 = 3 𝑉 4 1 𝑽𝟏 𝑻𝟏 3 = 𝑇1 ; 𝒕𝟐 = 𝑻𝟐 – 273; 4 3 𝑻𝟐 = 310 K = 232, 5 K; 𝒕𝟐 = 232, 5 – 273 = – 40, 5 (℃) 4 Ответ: – 40,5 ℃ № 3. На какую долю первоначального объёма увеличится объём газа, находящегося при температуре 27 ℃, если нагреть его на 1 ℃ при постоянном давлении. Дано: 𝒕𝟏 = 27℃; 𝑻𝟏 = 300 K; 𝑻𝟐 = 𝑻𝟏 + 1K 𝑽𝟐 − 𝑽𝟏 𝑽𝟏 -? 4 Решение: Изобарное расширение газа p = const 𝑽𝟏 𝑻𝟏 𝑻𝟐 𝑻𝟏 = 𝑽𝟐 𝑻 𝟐 ; 𝑻𝟐 𝑻𝟏 - 1= 𝑽𝟐 − 𝑽𝟏 𝑽𝟏 𝑽𝟐 𝑽𝟏 = = 𝑽𝟐 𝑽𝟏 - 1; 𝟏𝑲 𝟑𝟎𝟎 𝑲 ; 𝑽𝟐 − 𝑽𝟏 𝑽𝟏 = 𝟏 𝟑𝟎𝟎 = 𝑻𝟐 − 𝑻𝟏 𝑻𝟏 ; ; 𝑽𝟐 - 𝑽𝟏 = 𝟏 𝟑𝟎𝟎 Ответ: объём газа увеличится на 𝑽𝟏 𝟏 𝟑𝟎𝟎 долю первоначального объёма. Домашнее задание Задания для самостоятельной работы 1. Прочитать: § 7, 8 [1]; § 43, 44, § 21 п. 1 [3] 2. Ответить на вопросы: а) Что называют изопроцессами? б) Какой процесс называют изобарным? в) Каким законом описывается изобарный процесс? г) Как формулируют и записывают этот закон? д) Почему увеличение объёма газа приводит к пропорциональному увеличению его температуры, если давление остаётся постоянным? е) Почему не могут пересекаться две разные изобары? 3. Решить качественные задачи: а) Где больше вероятность возникновения утренних заморозков – на возвышенности или в низине? б) Почему батареи парового или водяного отопления помещают у пола, а не у потолка? 5 в) В некоторых холодильниках охлаждение производится при помощи охлаждающей смеси, протекающей по трубам. В какой части камеры холодильника – верхней или нижней – расположены эти, трубы? г) В какое время суток ветер дует с моря на сушу (морской бриз) и в какое время суток – с суши на море (береговой бриз)? 4. Решить задачи: № 1. В вентиляционную трубу жилого дома поступает наружный воздух при температуре – 26℃. Какой объём займет 1 м3 наружного воздуха, когда тот поступит в комнату и нагреется до 23℃? Давление воздуха вне и внутри дома одинаково. № 2. Топочные газы при выходе из трубы в атмосферу имеют температуру 127 ℃, причём объём их увеличивается в 3,5 раза по сравнению с первоначальным. Считая давление неизменным, определить первоначальную температуру газов. № 3. Какова максимальная разница зимой и летом в массе и весе воздуха при атмосферном давлении, заполняющего помещение, объём которого 100 м3 , если летом температура в помещении повышается до 30 ℃, а зимой опускается до 5℃?
