Графики, вы­ражающие законы Шар­ля и Гей-Люссака

Бу­дем по оси абсцисс от­кладывать температуру газа, находящегося в по­стоянном объеме, а по оси ординат — его дав­ление. Пусть при 0°С давление газа равно 1 кГ|см². Пользуясь законом Шарля, мы можем вычислить его давление при 100⁰ С, при 200°С, при 300°С и т. д.

Таблица 2- Расчеты по закону Шарля

Нанесем эти данные на график. Мы получим наклон­ную прямую линию. Мы можем продолжить этот график и в сторону отрицательных температур. Однако, как уже было указано, закон Шарля применим только до температур не очень низких. Поэтому продолже­ние графика до пересечения с осью абсцисс, т. е. до точки, где давление равно нулю, не будет соответствовать поведению реального газа.

Абсолютная температура

Легко видеть, что дав­ление газа, заключенного в постоянный объем, не является прямо пропорциональным температуре, отсчитанной по Шкале Цельсия. Это ясно, например, из таблицы, приведен­ной в предыдущей главе. Если при 100° С давление газа равно 1,37 кГ1см², то при 200° С оно равно 1,73 кГ/см². Температура, отсчитанная по термометру Цельсия, увеличи­лась вдвое, а давление газа увеличилось только в 1,26 раза. Ничего удивительного, конечно, в этом нет, ибо шкала термометра Цельсия установлена условно, без всякой связи с законами расширения газа. Можно, однако, пользуясь газовыми законами, установить такую шкалу температур, что давление газа будет прямо пропорционально темпера­туре, измеренной по этой новой шкале. Нуль в этой новой шкале называют абсолютным нулем. Это наз­вание принято потому, что, как было доказано английским физиком Кельвином (Вильямом Томсоном) (1824—1907), ни одно тело не может быть охлаждено ниже этой темпера­туры. В соответствии с этим и эту новую шкалу называют шкалой абсолютных температур. Таким образом, абсолют­ный нуль указывает температуру, равную -273° по шкале Цельсия, и представляет собой температуру, ниже которой не может быть ни при каких условиях охлаждено ни одно тело. Температура, выражающаяся цифрой 273°+ пред­ставляет собой абсолютную температуру тела, имеющего по шкале Цельсия температуру, равную . Обычно абсолют­ные температуры обозначают буквой Т. Таким образом, 273^о+ = . Шкалу абсолютных температур часто, назы­вают шкалой Кельвина и записывают Т° К. На основании сказанного

(7)

полученный результат можно выразить словами: давление данной массы газа, заключенной в постоянный объем, прямо пропорционально абсолютной температуре. Это — новое выражение закона Шарля.

Формулой (6) удобно пользоваться и в том случае, когда давление при 0°С неизвестно.

Объем газа и абсолютная температура

Из фор­мулы (6), можно получить следующую формулу:

(8)

- объем некоторой массы газа при постоянном давлении прямо пропорционален абсолютной температуре. Это — новое выражение закона Гей-Люссака.

Зависимость плотности газа от температуры

Что происходит с плотностью некоторой массы газа, если тем­пература повышается, а давление остается неизменным?

Вспомним, что плотность равна массе тела, деленной на объем. Так как масса газа постоянна, то при нагревании плотность газа уменьшается вот столько раз, во сколько уве­личился объем.

Как мы знаем, объем газа прямо пропорционален абсо­лютной температуре, если давление остается постоянным. Следовательно, плотность газа при неизменном давлении обратно пропорциональна абсолютной температуре. Если и — плотности газа при температурах и , то имеет место соотношение

(9)