Химия для чайников с нуля, основы химии | HIMI4KA
Oтзывы и предложения

Урок 26. Первый закон Гей-Люссака

Нравится6

В уроке 26 «Первый закон Гей-Люссака» из курса «Химия для чайников» рассмотрим закон, связывающий объем газа с его температурой, газовый термометр, а также формулы для сопоставления объемов и температур одного и того же образца газа при постоянном давлении. С законом Гей-Люссака тесно связан закон Бойля-Мариотта, обязательно прочитайте о нем.

Первый закон Гей-Люссака

Известно, что воздух при нагревании расширяется, следовательно, при этом должна уменьшаться его плотность. По этой причине воздушные шары, наполненные теплым воздухом, поднимаются вверх. Спустя почти сто лет после того, как Бойль вывел свой закон, французские ученые Жозеф Луи Гей-Люссак (1778-1850) и Жак Шарль (1746-1823) провели исследование влияния изменения температуры на объем образца газа.

Жозеф Луи Гей-Люссак

Подобные измерения нетрудно выполнить при помощи устройства, схематически изображенного на рис. 3-4. При этом получаются данные, аналогичные Показанным на рис. 3-5, из которого видно, что график зависимости объема V газа от его температуры Т при постоянном давлении представляет собой прямую линию. Прямолинейная экстраполяция этой линии в область низких температур показывает, что график пересекает температурную ось в точке, соответствующей -273°С. Закон Гей-Люссака можно записать в виде математического соотношения:

  • V = c ( t + 273)

где V - объем образца газа, t - его температура по шкале Цельсия, а с - коэффициент пропорциональности.

Экспериментальное установления соотношения между объемом и температурой газа

Впоследствии У. Томсон (1824-1907), который с 1892 г. стал лордом Кельвином, выдвинул предположение, что температура -273°С представляет собой абсолютный минимум температур, ниже которого невозможно опуститься. В настоящее время ученые пользуются абсолютной шкалой температур Кельвина, в которой 0 К = -273,15°С, а 0°С = 273,15 К. В этой шкале закон Гей-Люссака принимает вид:

  • V = с·Т (при постоянных Р и n)   (3-6)

где Т - температура в абсолютной шкале Кельвина (т.е. Т = t + 273,15); n - число молей газа в данном образце. Уравнение (3-6) означает, что при
постоянном давлении объем заданного числа молей газа прямо пропорционален его абсолютной температуре.

Зависимость объема газа от температуры

Газовый термометр

Легкие газы типа водорода и гелия настолько точно подчиняются закону Гей-Люссака, что для сверхточных измерений температуры вместо ртутных термометров используют термометры, наполненные одним из этих газов (рис. 3-6). Ртутный термометр, откалиброванный таким образом, что он показывает 0°С в смеси воды со льдом и 100°С в кипящей воде, в промежуточных точках шкалы имеет точность, не превышающую 0,1 градуса (град), а водородный термометр позволяет производить измерения температуры в этом диапазоне с намного большей точностью.

Газовый термометр

Формулы из закона Гей-Люссака

Для сопоставления объемов и температур одного и того же образца газа при различных температуре и объеме (но при постоянном давлении) закон Гей-Люссака удобно представить в формул:

  • V1/T1 = V2/T2   или   V1/V2 = T1/T2   (3-7)

Такой способ записи закона Гей-Люссака показывает, что если давление и число молей газа остаются постоянными, то отношение его объемов при двух различных температурах должно быть равно отношению соответствующих абсолютных температур.

 

Пример 5. Если пластмассовый мешочек, описанный в примере 4 (см. урок 25), положить на подоконник, где его нагревает солнце, температура мешочка повышается от 20 до 30°С. Исходный объем мешочка равнялся 100,0 см3, какой объем он приобретает в результате нагревания?

Решение
V1 = 100,0 см3, Т1 = 20°С, т.е. 293,15 К, а Т2 = 30°С, т.е. 303,15 К. Для вычисления V2 воспользуемся соотношением (3-7):

  • V1/T1 = V2/T2

Подставляя в него исходные данные, найдем:

  • 100,0 см3 / 293,15 К = V2 / 303,15 К

откуда

  • V2 = (303,15 К / 293,15 К) · 100,0 см3 = 103,4 см3

Подчеркнем, что при использовании соотношения (3-7) следует подставлять в него абсолютные значения температуры в шкале Кельвина, а не в шкале Цельсия.

 

Надеюсь урок 26 «Первый закон Гей-Люссака» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии. Если вопросов нет, то переходите к следующему уроку.

Комментарии 0   Просмотров 661
Понравился урок? 6Нравится
Ваш комментарий: