Что такое газовые законы?
Состояние газа описывают три величины: давление P, объём V и температура T. Если количество газа постоянно, одну величину держат постоянной и смотрят на связь двух других.
| Закон | Постоянная величина | Формула | Пример |
|---|---|---|---|
| Бойля — Мариотта | T | P·V = const | Если закрыть отверстие шприца и нажать на поршень, давление вырастет |
| Шарля | V | P/T = const | При нагревании закрытого сосуда давление растёт |
| Гей-Люссака | P | V/T = const | Надутый воздушный шарик на холоде уменьшается |
В задачах сравнивают два состояния газа: P₁V₁ = P₂V₂, P₁/T₁ = P₂/T₂, V₁/T₁ = V₂/T₂.
Пример 1. При постоянной температуре давление 2 л газа равно 100 кПа. Если уменьшить объём до 1 л, то P₂ = 100 × 2 ÷ 1 = 200 кПа.
Пример 2. В закрытом сосуде при 27 °C давление равно 100 кПа. Если нагреть сосуд до 327 °C, то T₁ = 300 К, T₂ = 600 К, поэтому P₂ = 100 × 600 ÷ 300 = 200 кПа.
Проверь законы на графике
Держи одну величину постоянной, меняй другую и смотри, как точка движется по графику. Этот симулятор входит в полный доступ. Скачивание бесплатно, без регистрации открыты 2 раздела и 5 симуляторов.
Как пользоваться симулятором?
- В начале выбрано Пусто. Тепло и объём меняются свободно.
- Кнопки Тяжёлый и Лёгкий добавляют по 6 частиц. Круглая кнопка со знаком минус убирает 6 частиц.
- Нажми кнопку Постоянная T (Бойль–Мариотт). Ползунок Тепло заблокируется. При движении ползунка Объём зелёная точка движется по кривой P–V.
- Нажми кнопку Постоянный V (Шарль). Ползунок Объём заблокируется. При нагревании ползунком Тепло точка движется по прямой P–T.
- После добавления частиц снова нажми кнопку постоянной величины. Кривая построится по новым значениям.
В симуляторе нет режима с постоянным P. Закон Гей-Люссака изучай по формуле.
Задания для симулятора
- В режиме Постоянная T (Бойль–Мариотт) сделай объём самым маленьким. Ответ: давление вырастет примерно с 10 до 18 атм. P·V почти не изменится.
- В режиме Постоянный V (Шарль) нагрей газ с 300 К до 600 К. Ответ: давление вырастет примерно в 2 раза. Прямая начинается из точки 0 К, 0 атм: это показывает, что нужны кельвины.
- Понаблюдай за частицами Тяжёлый и Лёгкий. Ответ: красные лёгкие частицы движутся быстрее. При одинаковой температуре средняя кинетическая энергия двух видов частиц одинакова, поэтому подпись температуры не меняется.
Ошибки в задачах на газовые законы
- Считать в °C. Всегда переводи температуру в кельвины: T = t + 273. Если решать пример 2 в °C, получится неверный ответ, будто давление выросло в 12 раз.
- Думать, что график P–V — прямая. Когда объём уменьшается в 2 раза, давление растёт в 2 раза, поэтому график — кривая. А график P–T — прямая.
- Забывать о количестве газа. Эти законы верны при постоянном числе частиц. Если добавить частицы, P·V изменится.
