ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
В задачах на использование газовых законов встречаются обычно следующие ситуации:
а) известны макроскопические параметры в начальном состоянии газа и некоторые параметры в конечном состоянии.
Если при переходе из начального состояния в конечное один из параметров не меняется, то при изотермическом процессе можно пользоваться законом Бойля Мариотта в форме (3.6) или в эквивалентной форме
следующей из (3.6) При изобарном процессе нужно пользоваться законом Гей-Люссака (3.8) или (3.7); при изохорном — законом Шарля (3.10) или (3.9).
Если меняются все три параметра, то надо использовать уравнение состояния (3.4) или (3.5),
б) известна часть макроскопических параметров в определенном состоянии газа. Надо найти неизвестные величины. В этих случаях удобнее всего пользоваться уравнением Менделеева — Клапейрона (3.4);
в) во многих задачах требуется построение графиков, изображающих разного рода процессы Для построения графиков нужно знать зависимость параметров друг от друга. Эта зависимость в общем случае дается уравнением состояния, а в частных случаях — газовыми законами.
При решении всех задач надо четко представлять себе, каково начальное состояние системы и какого рода процесс переводит ее в конечное состояние.
1. Баллон вместимостью
содержащий воздух под давлением
Па, соединяют с баллоном вместимостью
из которого воздух выкачан. Найти давление
установившееся в сосудах. Температура постоянна.
Решение. Воздух из первого баллона займет весь предоставленный ему объем
По закону Бойля — Мариотта
Отсюда искомое давление равно:
2. На какую долю первоначального объема увеличится объем газа, находящегося при температуре
если нагреть его на 1°С при постоянном давлении?
Решение. Пусть
— первоначальные значения параметров состояния газа,
конечные значения тех же параметров.
По закону Гей-Люссака
Равенство не изменится, если из левой и правой частей вычесть по единице:
Отсюда
Объем газа увеличится на 1/300 долю первоначального
3. Плотность воздуха при нормальных условиях (т. е. при
и нормальном атмосферном давлении
Па)
Найти среднюю молярную массу М воздуха.
Решение. Уравнение состояния идеального газа при нормальных условиях имеет вид:
Здесь
и
). Отсюда
4. Построить изобары для
водорода при нормальном атмосферном давлении
в осях
Решение. На графиках зависимости
от Т и
от V изобара будет представлять собой прямую, параллельную лнбо оси Т, либо оси V (рис. 37, а и б).
Рис. 37