เพื่อตรวจสอบการพึ่งพาความดันในอุณหภูมิ - ไม่มีอะไรที่ง่ายขึ้น ...

การตรวจสอบลักษณะทางกายภาพของก๊าซ

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบทางวิทยาศาสตร์มักเริ่มต้นด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าบุคคลที่ "ถูกต้อง" อยู่ในสถานที่ที่ถูกต้องและในเวลาที่เหมาะสม ดังนั้นมันจึงเกิดขึ้นกับการศึกษาของก๊าซ นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสนักเคมีและวิศวกร Serge Charles สนใจด้านวิชาการการบิน ในการเชื่อมต่อนี้จำเป็นต้องศึกษาการพึ่งพาความดันอากาศ แน่นอนความร้อนเป็นเครื่องมือหลักสำหรับนักวิจัย ยังคงเป็นแหล่งพลังงานที่มีประสิทธิภาพควบคุมได้ง่ายและอยู่ในมือ เครื่องมือที่เก่าแก่ที่สุดของความรู้ความเข้าใจได้รับเสมอ touchstone เช่น "ดีดีให้ดูว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อบิตจะอบอุ่นขึ้นและถ้าคุณเพิ่ม ... " ฯลฯ

ชาร์ลส์รู้สึกอะไรที่น่าสนใจในแก๊ส? ลองทำวิจัยของเราเอง เราเอาหลอดแก้วด้านหนึ่งปิดและภายในเราจัดลูกสูบซึ่งเลื่อนไปตามท่อ เราจะตั้งแหล่งพลังงานความร้อนเป็นโคมไฟจิตวิญญาณโดยทั่วไปและเราจะจัดให้ห้องทดลองของเรายืนพร้อมกับ อุณหภูมิ และความดันเนื่องจากเราจะตรวจสอบการพึ่งพาแรงกดดันต่ออุณหภูมิ ดังนั้นขอเริ่มต้น ...

เรามีปริมาณก๊าซในปริมาณที่ จำกัด โดยด้านล่างของถังและลูกสูบ เราแก้ไขลูกสูบและให้ความร้อนในการทดสอบกับแอลกอฮอล์ ให้เราเขียนค่าต่างๆของความดัน Pn และอุณหภูมิของก๊าซ Tn การวิเคราะห์ข้อมูลที่ได้รับเราจะเห็นว่าการพึ่งพาความดันของอุณหภูมิเป็นไปตามสัดส่วนในธรรมชาติโดยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นความดันยังเพิ่มขึ้น เราทราบว่าลูกสูบมีการกดดันที่แตกต่างกัน: จากด้านนอกเป็นบรรยากาศและจากภายในจากก๊าซอุ่น สำหรับการทดสอบต่อไปให้ถอดตัวยึดลูกสูบออกและดูว่าลูกสูบจะเคลื่อนที่ไปให้เท่ากันกับแรงกดดัน แต่ในขณะเดียวกันปริมาณก๊าซมีการเปลี่ยนแปลงและปริมาณ (มวล) ยังคงเหมือนเดิม ดังนั้นตามข้อสรุปที่ชาร์ลส์ได้รับ: ด้วยมวลและปริมาตรไม่เปลี่ยนแปลงความดันแก๊สเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิ - ไม่โอ้อวดและมีรสนิยม

กล่าวอีกนัยหนึ่งในปริมาณคงที่จากการให้ความร้อนความดันเพิ่มขึ้นและความดันคงที่เมื่อความร้อนเพิ่มขึ้นปริมาตร สำหรับการบินหมายความว่าเมื่ออากาศถูกทำให้ร้อนจากเตามันจะขยายตัวและปริมาณของมันจะเพิ่มขึ้นและปริมาณของลูกไม่ได้ ดังนั้นอากาศส่วนเกินออกจากลูกและภายในมันยังคงเป็น มวลของอากาศ น้อยกว่ามวลของปริมาณอากาศเดียวกันจากภายนอก กฎหมายของอาร์คิมิดีสทำงานได้ และไม่มีอะไรเหลือสำหรับลูกบอลวิธีการบินเพื่อความสุขของประชาชน

แต่ข้อสรุปที่โดดเด่นที่สุดคือความดันพีและอุณหภูมิ T สัมพันธ์กันโดยความสัมพันธ์ P1 / T1 = P2 / T2 = .... = Pn / Tn = CONST สามารถระบุได้แตกต่างกัน: P = k * T, โดยที่ k คือค่าคงที่ของก๊าซบางชนิด ถ้าเราใช้ความสัมพันธ์เหล่านี้กับค่าหน่วยของอุณหภูมิความดันและปริมาตรเราสามารถหาค่าคงที่ที่รู้จักกันดี ตัวอย่างเช่นปริมาตรของก๊าซเพิ่มขึ้นเมื่อความร้อน 1 องศาต่อ 1/273 ของค่าเริ่มต้น

แน่นอนความสนใจอย่างมากเกิดจากการพึ่งพาแรงกดดันต่ออุณหภูมิของสารระหว่างการเปลี่ยนเฟสตัวอย่างเช่นของเหลวในแก๊ส วัตถุที่ใกล้เคียงที่สุดสำหรับการวิจัยชนิดนี้คือน้ำ ไอระเหยที่อยู่เหนือพื้นผิวของน้ำเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลบางชนิดจากน้ำไปสู่แหล่งภายนอก นี่คืออุปสรรคจากปัจจัยสองประการคือ แรงตึงผิว และความดันภายนอก พวกเขาสามารถเอาชนะได้ด้วยโมเลกุลที่มีศักยภาพในการใช้พลังงานเพียงพอเท่านั้น - เทียบเท่ากับอุณหภูมิ มีสองวิธีเพื่อให้บรรลุศักยภาพนี้: คุณสามารถเพิ่มพลังงานของโมเลกุลโดยการให้น้ำร้อนหรือลดการตอบโต้ความกดดันภายนอก วิธีแรกได้รับการยืนยันจากข้อเท็จจริงที่เป็นที่รู้จักกันดีคือน้ำอุ่นระเหยเร็วขึ้นและที่สองลดเกณฑ์พลังงานของโมเลกุลออกจากสภาพแวดล้อม "แม่"

กลับมาที่ห้องทดลองของเรา พื้นที่ภายใต้ลูกสูบเติมน้ำน้อยมากตัวอักษร 20-40 กรัมโปรดทราบว่าลูกสูบต้องเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระและระบบต้องมีวาล์วถ่ายเท ถ้าน้ำอุ่นให้ไอน้ำที่เกิดขึ้นจะเคลื่อนที่ลูกสูบและปล่อย "สถานที่ใต้ดวงอาทิตย์" ช่องว่างเหนือลูกสูบควรเชื่อมต่อกับแหล่งอากาศที่มีความดันแตกต่างกันตัวอย่างเช่นติดตั้งลูกสูบตัวที่สองด้วยแท่งที่ทำงานด้วยตนเอง ตอนนี้เราสามารถตรวจสอบการพึ่งพาอุณหภูมิของไอบนความดัน การเปลี่ยนลูกสูบด้วยแกนเราจะเปลี่ยนความดันภายนอกสำหรับลูกสูบตัวแรก ข้อมูลระดับกลางได้รับการแก้ไขแล้ว ถูกต้องในการกำหนดอุณหภูมิของไอน้ำในสภาวะที่มั่นคงเช่น คงที่อย่างน้อยเป็นเวลาสั้น ๆ ความหมาย ถ้าเราละเลยการแลกเปลี่ยนความร้อนกับสิ่งแวดล้อมแล้วพฤติกรรมของไอไม่แตกต่างกันมากนักจากพฤติกรรมของ แก๊สในอุดมคติ

เป็นที่น่าสนใจว่าแม้ในการติดตั้งแบบดั้งเดิมดังกล่าวหนึ่งสามารถสังเกตการพึ่งพาของ จุดเดือด เกี่ยวกับความดัน จำได้ว่าการต้มเรียกว่าการเปลี่ยนของของเหลวลงในไอด้วยการก่อตัวของฟองอากาศตลอดทั้งปริมาตรของของเหลว ดังนั้น แก้ไขต้มได้ง่ายมาก อุณหภูมิของการเดือดของของเหลวจะเพิ่มขึ้นซึ่งหมายความว่ามันง่ายที่จะแสดงเคล็ดลับที่น่าตื่นตาตื่นใจสำหรับคนที่ไม่ได้ฝึกหัด - น้ำเดือดที่อุณหภูมิเพียง 80 องศาเซลเซียส หรือดูเหมือนว่าตรงกันข้ามกับสามัญสำนึกมากกว่า 110 องศาเซลเซียสเหมือนกัน

ดังนั้นหลังจากศึกษาพฤติกรรมของแก๊สแล้วไอน้ำภายใต้อิทธิพลของแหล่งความร้อนที่มีต่อสารเคมีในที่สุดเครื่องสร้างความร้อนต่าง ๆ ถูกสร้างขึ้น: เครื่องยนต์ไอน้ำรถเคลื่อนที่หัวรถจักรเครื่องยนต์สันดาปภายใน และมีคนน้อยมากที่ทราบว่าลูกคนแรกในหมู่พวกเขาควรได้รับการพิจารณาเป็นบอลลูน