Закон Шарля. Изохора

В 1787 году Ж. Шарль экспери­ментально установил, что при постоянном объеме давление данной массы газа прямо про­порционально температуре.

Закон Шарля При неизменном объеме V отношение давления p данной массы газа m к его абсолютной температуре T есть величина постоянная.

Термодинамический процесс, во время которого объем остается неизменным, называется изохорным (от греческих слов isos — равный и chora — занимаемое место), а линия, которая его изображает — изохорой

Математически закон Ж. Шарля можно записать в виде:

если

Закон Шарля может быть записан в виде:

где p0 — давление газа при T = T0 = 273,15 К (то есть при температуре 0 °С). Коэффициент, равный 1/273,15 К–1, называют температурным коэффициентом давления

Для сравнения того же вещества при двух различных условиях, закон можно записать в виде:

или

Закон Шарля справедлив только для идеального газа. Он применим с определенной степенью точности к реальным газам при низких давлениях и невысоких температурах (например, атмосферный воздух, продукты сгорания в газовых двигателях и пр.)

Согласно закону Шарля изохорные процессы происходят так, что между давлением и температурой идеального газа существует линейная зависимость — при повышении температуры данной массы газа его давление возрастает.

Закон Шарля выводится как частный случай из уравнения Менделеева–Клапейрона:

где R — универсальная газовая постоянная (R = 8,31441 Дж/моль∙К), ν — число молей вещества, P — давление газа, V — объем газа, T — температура газа.

Он может быть получен как следствие основного уравнения молекулярно-кинетической теории идеального газа:

где k = 1,38 Дж/К — постоянная Больцмана

График изохорного процесса

Законы термодинамики Уравнение Формулы Физика Теория 10 класс Закон Термодинамика Динамика
Факты
  • Закон Амонтона о давлении и температуре: закон давления, описанный выше, должен быть на самом деле приписан Гильому Амонтону, который в конце XVII века (точнее между 1700 и 1702 годом) обнаружил, что давление фиксированной массы газа, поддерживаемого при постоянном объёме, пропорционально его температуре. Амонтон обнаружил это при постройке «воздушного термометра». Называть это закон законом Гей-Люссака просто некорректно, поскольку Гей-Люссак исследовал взаимосвязь между объёмом и температурой, а не давлением и температурой.
  • Закон Шарля был известен как закон Шарля и Гей-Люссака, поскольку Гей-Люссак опубликовал его в 1802 году с использованием по большей части неопубликованных с 1787 года данных Шарля. Закон Гей-Люссака, закон Шарля и закон Бойля — Мариотта все вместе образуют объединённый газовый закон. В сочетании с законом Авогадро эти три газовых закона обобщаются до уравнения состояния идеального газа.
  • Пользуясь этим законом, производят, например, расчет предохранительных клапанов паровых котлов, давления газа при К сгорании горючей смеси в карбюраторном двигателе.
Читать по теме
Интересные статьи