4. ЗАКОН ГЕЙ-ЛЮССАКА

Зависимость объема газа от его температуры в том случае, если газ нагревается или охлаждается при постоянном давлении, была найдена эмпирически французским физиком Гей-Люссаком. (1778—1850).

Согласно закону Гей-Люссака при изменении температуры любого газа на 1° стоградусной шкалы при постоянном давлении объем газа V изменяется на часть объема занимаемого им при нуле градусов. В более общей форме можно сказать, что при постоянном

давлении существует линейная зависимость между объемом газа и его температурой t, т. е.

Величину а называют термическим коэффициентом объемного расширения газа. Согласно сказанному выше а для всех газов равно или 0,00367.

Кривые, изображающие графически изменение объема некоторой массы газа с температурой при неизменном давлении, называют изобарами.

В системе координат (рис. 5) изобары Гей-Люссака - прямые линии, наклоненные к оси температур под таким углом, что при продолжении их в область отрицательных температур они для всех газов пересекают ось абсцисс в одной точке, расположенной на 273° ниже нуля обычной стоградусной шкалы температур.

Рис. 5. Зависимость объема газа от температуры при постоянном давлении в системе координат

Рис. 6. Зависимость давления газа от температуры при постоянном объеме в системе координат

Аналогичная зависимость была открыта при измерении давления газа в том случае, когда изменяется его температура, а объем остается постоянным. Как оказалось, для всех газов при повышении температуры на 1° стоградусной шкалы давление возрастает на часть того значения которое оно имеет при нуле градусов, т. е.

Величину называют термическим коэффициентом давления. Для всех газов

Графически зависимость давления газа от температуры при неизменном объеме выражается в системе координат прямыми линиями (рис. 6), называемыми изохорами. В выбранной системе координат изохоры различных газов при продолжении их в область отрицательных температур, так же как и изобары, пересекают ось абсцисс в одной точке, расположенной на 273° ниже нуля стоградусной шкалы.

Анализ приведенных выше эмпирических закономерностей показывает, что их можно формулировать много проще, если, не изменяя величину градуса стоградусной температурной шкалы, проводить отсчет температур не от обычного нуля градусов стоградусного термометра, а от точки, расположенной на 273° ниже. Очевидно, что температура измеренная по этой новой шкале, будет на 273° больше обычной температуры t, т. е.

Подставляя в уравнения (3) и (4) вместо величину и вместо их значение получим:

Нуль новой температурной шкалы, расположенный на 273° ниже нуля обычного стоградусного термометра, называется абсолютным нулем температуры, а отсчитанная по новой шкале температура абсолютной температурой.

Замечая, что обозначают объем и давление газа при нуле градусов, а также, что по абсолютной шкале нулю стоградусной шкалы будет соответствовать температура 273°, можно переписать уравнения (6) в следующем виде:

Таким образом, при неизменном давлении для данной массы газа справедливо соотношение:

а при неизменном объеме — соотношение: