If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание
Текущ час:0:00Обща продължителност:8:07

Видео транскрипция

Тъкмо завършихме разговора за закона на Бойл и експериментите, които довели до PV частта от уравнението за идеалния газ. Сега искам да говоря за експеримента, който довел до V = Т частта от уравнението. Около 100 години след Робърт Бойл дошъл френски лекар на име Жак Шарле Ако не бях потърсил произношението на името на този мъж, вероятно щях да кажа Джак Чарлз, но е Жак Шарле. Този френски лекар също обичал да експериментира с газ и се оказало, че бил първия човек, който напълнил горещ въздушен балон с водороден газ и летял соло. Но в експериментите на Жак с газ и температура, той открил, че ако нагрееш газ в затворен съд, да кажем, с бутало, имаш бутало тук, и го запълваш с газ. Това ще е зелен газ. Това бутало ще е под постоянно налягане, понеже атмосферата натиска надолу горната част на буталото, а после налягането на газа, което бута нагоре, ще е равно на атмосферното. Но под постоянно налягане с едно и също количество частици, докато нагряваш това бутало – нека приложа топлина тук – и това, което ще видим, е, че обемът на газа също ще се увеличи. Ако покажа същото това бутало след като е била приложена топлина ще видим, че газът заема повече обем, въпреки че има същия брой частици тук. Пак ще имаш шест зелени частици газ. Така ще изглежда буталото след като е била приложена топлина. Докато нагряваш система газ, обемът също ще се увеличи. Всъщност, обемът се увеличава директно с температурата, или обемът се увеличава пропорционално на увеличението в температурата. Мисля, че мога да покажа това малко по-ясно, ако използвам диаграма на газове, които се увеличават с температурата. Така една диаграма на разширение на обема ще изглежда за четири различни газа, докато увеличаваме температурата. Розовият газ ще е хелий. При около 300 градуса по Целзий (бел. в повечето случаи се предпочита използването на Келвин) този хелий, можем да видим, заема обем от около 5 литра. Докато намаляваме тази температура, обемът ще намалее пропорционално. Тази права линия ни показва това надолу до при нула градуса по Целзий, когато имаме само малко над три литра, заети от този хелий. После имаш този зелен газ и това може да е метан, и виждаме същото нещо. Докато увеличаваме температурата, увеличаваме пропорционално обема, който метанът заема. Тази синя права може да индикира водната пара, воден газ, а тази жълта права ще индикира водороден газ. Но всички тези газове ще бъдат поставени в права линия. Във вида на пресечна точка с оста у, това ще изглежда като у = mx + b. Ако заместим стойностите, които използваме в тази графика, у е обемът, така че ще видим, че у = V. Нашето х е температурата, така че ако запълним това тук, ще имаме V = MT + b. Ако се чудиш защо наклоните са различни, това е понеже различните газови проби в този пример биха имали различен брой молове. Можеш също да видиш, че правите идват до крайна точка на различни места. Това е понеже всички тези газове се превръщат в течност при различни температури. Всички те имат различни точки на кипене. С метана точката на кипене ще е при около -100 градуса по Целзий, но можем да екстраполираме тази права надолу. С водната пара точката на кипене е 100 градуса по Целзий и затова тази права линия спря, но можем да екстраполираме тази права чак до долу. Същото нещо е с водорода. Ако екстраполираметези стойности, за да намерим техните пресечни точки с оста у, или техните b стойности, ще видим нещо много интересно, а това е, че всички те имат обем от нула при точно еднаква температура, която е -273,15 градуса по Целзий, което също е нула Келвина. Законът на Шарле е друго доказателство, че нула Келвина е абсолютната нула, понеже не можем да имаме отрицателен обем за газ. Всички тези газове трябва да заемат някакъв обем, така че най-ниската температура, която можем теоретично да постигнем за всеки от тези газове, е -273,15 градуса по Целзий, или нула Келвина. Ако взема уравнението, което е V = MT и сега не ни трябва b, понеже пресечната точка с оста у е нула, и ако преместим някои променливи, ще видим, че V делено на Т е равно на М. Или, с други думи, частното на обема делен на температурата е константа. Това е същият обем, стига размерът на пробата да е същият, тоест един и същи брой молове, и налягането не се променя. Това е точно концепцията, която приложихме към уравнението за идеалния газ. Нека опитаме да използваме тази концепция в една задача. Ако обемът на бутало, запълнено с газ, е 4,31 литра при 25 градуса по Целзий, тогава какъв е обемът на газа, след като е загрят до 50 градуса по Целзий, като приемем, че системата не изпитва промяна в налягането. Тук гледаме промяна в обема, свързана с промяна в температурата, като приемаме постоянно налягане и приемаме затворена система с постоянни молове. Това е перфектна възможност да приложим закона на Шарле. Трябва да започнем с V1/T1 е равно на V2/T2. Отново, просто казваме, че началното частно на обема и температурата е равно на крайното частно на обема и температурата, понеже обемът, делен на температурата, е константа. Началният ни обем е 4,31 литра и началната ни температура е 25 градуса по Целзий, но когато използваме закона за идеалния газ, трябва да работим с Келвини, понеже Келвините ни позволяват да не използваме отрицателни стойности за температурата. Нека преобразуваме 25 градуса по Целзий в Келвини. Просто ще вземем 25 и ще добавим 273, което ще ни даде 298 Келвина. Началната ни температура е 298 Келвина. Търсим крайния обем, V2. Крайната ни температура е 50 градуса по Целзий и трябва да преобразуваме това в Келвини, тоест 50 + 273 ще ни даде 323 Келвина. Това е стойността, която ще въведем за крайната температура. Опа, забелязах, че поставих Т1 тук. Това всъщност е Т2. Крайната ни температура е 323 Келвина. За да продължим да решаваме това, трябва да умножим двете страни по 323 Келвина, за да изолираме крайния обем, тоест по 323 Келвина. Това ще ни позволи напълно да съкратим стойността от тази страна и ще съкратим мерните единици Келвини от тази страна. Имаме 323 по 4,31 делено на 298 и запазваме началната стойност или мерните единици от литри. Това ще ни даде краен обем от 4,67 литра. Благодарение на Жак Шарле знаем, че ако гледаме затворена система под постоянно налягане, можем да прогнозираме промяната в обема, свързана с промяната в температурата и обратно.
Кан Академия – на български благодарение на сдружение "Образование без раници".