Изобарный процесс (при постоянном давлении)

Экспериментальное изучение газов начнём с процессов, в которых один из трёх макропараметров данной массы газа (давление р, объём V или температура Т) не изменяется. Такие процессы называют изопроцессами¹.

¹ От греческого слова «изос» — равный.

Рассмотрим сначала процесс, который происходит при постоянном давлении. Его называют изобарным².

² От греческих слов «изос» и «барос» — тяжесть.

Нагревая газ при постоянном давлении (рис. 39.1), мы увидим, что график зависимости объёма газа от температуры — отрезок прямой (рис. 39.2).

Если продлить эту прямую в сторону отрицательных значений температуры, то мы заметим, что объём газа должен был бы обратиться в нуль при t = -273 °С.

На самом деле объём вещества при t = -273 °С не становится равным нулю, потому что при охлаждении до очень низких температур газы превращаются сначала в жидкости, а затем — в твёрдые тела. Поэтому участок графика в области низких температур намечен пунктиром.

Абсолютная шкала температур

В середине 19-го века английский учёный Уильям Томсон предложил шкалу температур, нуль которой соответствует t = -273 °С. Изменение температуры в один градус по новой шкале учёный предложил сделать равным изменению температуры в один градус по шкале Цельсия.

Эту шкалу температур назвали шкалой Кельвина (такое название обусловлено тем, что У. Томсону за научные заслуги был пожалован титул лорда Кельвина). Её называют также абсолютной шкалой температур, а температуру, измеренную по этой шкале, — абсолютной температурой. Абсолютную температуру обозначают большой буквой Т.

Нуль по абсолютной шкале температур называют абсолютным нулём: это наинизшая температура.

Единицу абсолютной температуры называют кельвин (К). Например, температура таяния льда 273 К (говорят: 273 кельвина).

При рассмотрении газовых процессов мы будем использовать далее главным образом абсолютную температуру, не оговаривая этого каждый раз особо.

Соотношение между температурой по шкале Цельсия и абсолютной температурой

Абсолютная температура Т и температура t по шкале Цельсия связаны соотношением Т = t + 273. На схеме (рис. 39.3) отмечены абсолютный нуль температуры, температура таяния льда и температура кипения воды при атмосферном давлении.

Рис. 39.3

Красный столбик схематически показывает комнатную температуру.

Окончание >>>