Курс фізікі, ч. II
Памер: 223с.
Мінск 1958
Англійскі вучоны Вільям Томсан (Кельвін) прапанаваў такую шкалу тэмператур, пры якой за нуль градусаў узята тэмпература—273°. Гэтая шкала атрымала назву абсалютнай шкалы тэмператур, або шкалы Кельвіна, а нуль градусаў гэтай шкалы, роўны—273°, называецца абсалютным нулём тэмператур.
У шкале Кельвіна велічыня градуса такая ж, як і ў стоградуснай шкале Цэльсія.
Будзем абазначаць тэмпературу па шкале Кельвіна літарай Т.
Пры нармальным атмасферным ціску тэмпература раставання лёду па шкале Кельвіна То = 273°, тэмпература ж кіпення вады Т = 373°.
Усякая іншая тэмпература / стоградуснай шкалы Цэльсія звязана з абсалютнай тэмпературай Т суадносінамі:
Т = t° + 273°;
t° = T — 273°.
Томсан (Кельвін) Вільям (1824—1907) — выдатны англіііскі фізік. Яму належаць важныя адкрыцці ў галіне тэорыі электрычнасці і цеплыні і вынаходствы, з якіх найбольш значным было ўдасканаленне тэлеграфнай сувязі. Ён увёў у фізіку паняцце аб абсалютнай тэмпературы. Яго імем названы градусы шкалы абсалютных тэмператур — градусы Кельвіна.
Практыкаванне 25.
1. Перавядзіце на шкалу абсалютпых тэмператур наступныя тэмпературы па шкале Цэльсія: 20°;—14°; —260°; 125°.
2. Перавядзіце на шкалу Цэльсія наступныя тэмпературы па шкале Кельвіна: 15°; 124°; 273°; 373°; 1150’.
89. Залежнасць паміж аб’ёмам, ціскам і тэмпературай газу. Аб’яднаны закон газавага стану. Мы разгледзелі працэсы, у якіх адна з трох велічынь, што характарызуюць стан газу (аб’ём, ціск і тэмпература), не мяняецца.
Мы бачылі, што калі не мяняецца тэмпература, то ціск і аб’ём газу звязаны адзін з другім законам Бойля—Марыёта. Пры пастаянным ціску аб’ём газу змяняецца са змяненнем тэмпературы па закону ГейЛюсака, і, нарэшце, пры пастаянным аб’ёмг ціск газу змяняецца са змяненнем тэмпературы па закону Шарля.
Аднак у прыродзе часта маюць месца працэсы, калі адначасова
135
мяняюцца ўсе тры велічыні, якія характарызуюць стан газу. Установім цяпер, якая сувязь існуе паміж аб’ёмам, ціскам і тэмпературай.
Няхай для двух якіхнебудзь адвольных станаў некаторай масы газу гэтыя велічыні будуць:
0 ^І' Р1’ Л> 2) V2, Р2, 1%
3 гэтых станаў змяненнем велічынь р, V або t газ можна перавесці ў любыя іншыя станы. Будзем, напрыклад, захоўваючы пастаянным ціск. пераводзіць газ са станаў 1) і 2) у станы, пры якіх тэмпература газу будзе роўна 0°С.
Па закону ГейЛюсака аб’ём газу Vx пасля памяншэння тэмпературы ад /°! да 0° будзе ровен ■■^1— , а аб’ём V2 пасля памяншэння
тэмпературы ад /°2 да 0° будзе . Новыя станы газу будуць вы
ражаны так:
А. «°; 2') А. 0".
У абодвух гэтых становішчах тэмпература газу аднолькавая, таму на аснове закону Бойля—Марыёта можна напісаць:
Цо^ Р1~ 1 + а/2 Рг' ^
Паколькі велічыні р, V, t, якія характарызуюць стан разглядаемага газу і абазначаны індэксамі 1 і 2, выбраны былі намі адвольна, то роўнасць (1) справядлівая для любых станаў гэтага газу. Таму можна сцвярджаць, што:
ПрТ = const (2)
Для дадзенай масы газу здабытак ціску газу на яго аб’ём, падзелены на біном аб’ёмнага расшырэння, ёсць велічыня пастаянная.
Выведзеная намі залежнасць паміж аб’ёмам, ціскам і тэмпературай газу называецца аб’яднаным законам газавага стану, а роўнасць (1) або (2)—ураўненнем стану газу.
Ураўненне стану газу можна спрасціць, увёўшы ў яго замест тэмпературы / па шкале Цэльсія тэмпературу Т па абсалютнай шкале тэмператур. Для гэтага пераўтворым ураўненне:
Р,У| Р^У2
Увёўшы ў яго значэнне a = ^, атрымаем:
=
2/3 4" б ?73 4 І2
273 273“
136
што пасля скарачэння на 273 дасць: РіУ і ПіУ?
273 + ^ ~ 273 + <2 ‘
Але 273 \ tl = T1 і 273 + /2 = Т* значыць, можна напісаць:
Р\У X Р^2
Тх Т, •
Гэта азначае, што для дадзенай масы газу здабытак ціску на аб’ём, падзелены на абсалютную тэмпературу,
PV пастаянны пры ўсіх тэмпературах:^ = const.
У прыватнасці, калі пры тэмпературы Т = 273° аб’ём газу ровен 70 і ціск яго р0, то можна напісаць:
рУ _ РпУ0
Т 273 '
90. Фізічная сутнасць паняцця абсалютнага нуля. Мы ўжо адзна
чалі, што рэальныя газы толькі набліжана адпавядаюць законам ГейЛюсака, Шарля і Бойля—Марыёта. Аднак можна ўявіць сабе газ, для якога гэтыя законы выконваліся б у дакладнасці. Малекулы такога
газу могуць быць прадстаўлены ў выглядзе пругкіх шарыкаў знікальна малога аб’ёму, узаемадзеянне паміж якімі ажыццяў
ляецца толькі праз іх сутыкненні аднаго з другім. У фізіцы такі газ прынята называць ідэальным газам.
3 ураўнення pf = pg(l+at) вынікае, што пры t = — 273°, г. зн. пры абсалютным нулі, ціск газу ровен нулю. Але ціск газу ёсць вынік удараў рухаючыхся мадекул аб сценкі сасуда. Значыць, пры тэмпературы абсалютнага нуля павінен спыніцца цеплавы рух малекул ідэальнага газу.
Дослед паказвае, што пры малых цісках уласцівасці рэальных газаў вельмі блізкія да ўласцівасцей ідэальнага газу. Значыць, пры набліжэнні да тэмпературы абсалютнага нуля павінен спыніцца цеплавы рух малекул і рэальнага газу. Гэты вывад адносіцца не толькі да газаў, але і да цвёрдых і вадкіх цел.
Фізікай устаноўлена, што такі стан рэчыва недасягальны, але да яго можна падыйсці вельмі блізка. У наш час дасягнута тэмпература, якая вышэй за абсалютны
нуль усяго на 0,0044°.
91. Змяненне тэмпературы газу пры хуткім расшырэнні і сцісканні. Доследы паказваюць, што пры хуткім сцісканні тэмпература газу павышаецца, а пры хуткім
расшырэнні—паніжаецца.
Павелічэнне тэмпературы газу пры сцісканні можна паказаць на наступным простым доследзе. Возьмем таўстасценны цыліндрычны шкляны сасуд, унутры якога можа pyxau.ua поршань (рыс. 139).
Рыс. 139. Пры хуткім сцісканні паветра ў цы
ліндры Moana награваецца, і лёгкае на загаранне рэчыва ўспыхвае.
137
чыны чаго вадзяная пара ператворыцца ў
Паніжэнне тэмпературы пры хуткім стоўваецца для атрымання звадкаваных кладзена ў § 122.
Рыс. 140. Сціснутае ў сасудзе паветра, выкідваючы корак, расшыраецца. Выконваючы пры гэтым работу, яно ахалоджваецца, у выніку чаго вадзяная пара ў сасудзе ператвараецца ў туман.
Пры хуткім сцісканні паветра ў сасудзе моцна награваецца, і лёгкае на загаранне рэчыва (напрыклад, ватка, змочаная эфірам), пакладзенае на дно сасуда, успыхвае.
Такога роду з’ява выкарыстоўваецца, напрыклад, у рухавіках унутранага згарання—дызелях: пры сцісканні паветра ў цыліндры рухавіка гаручая сумесь, уведзеная ў цыліндр, награваецца да тэмпературы ўспалымнення (работы рухавіка апісаны ў § 131).
Пры хуткім жа расшырэнні газу тэмпература яго паніжаецца. Гэта можна назіраць на наступным доследзе. Будзем накачваць паветра ў трывалы, закрыты коркам шкляны слоік, які змяшчае пару вады. Пры дасягненні пэўнага ціску корак выскачыць; пры гэтым паветра, расшыраючыся, выканае работу і ахалодзіцца, з прытуман (рыс. 140). расйіырэнні газу выкарыгазаў; аб гэтым будзе вы
Змяпенне тэмпературы цела, як было ўстаноўлена ў § 71, звязана са змяненнем унутранай энергіі цела. Паколькі пры хуткім сцісканні тэмпература газу павышаецца, то ўнутраная энергія яго пры гэтым павялічваецца. Павелічэнне ўнутрапай энергіі газу адбываецца ў выпіку работы, выкананай пры яго сцісканпі. Расшыраючыся ж, газ выконвае работу; пры гэтым унутраная энергія яго памяншаецца, і калі расшырэнне адбываецца хутка, то тэмпература газу, як мы бачылі ў нашых доследах, паніжаецца.
Працэс, які адбываецца ў целе без цеплаабмену з акружаючымі яго іншымі цела
2 Р
Рыс. 141. Схема будовы адбойнага малатка.
мі, называецца адыябатным працэсам.
Усе хутка працякаючыя працэсы практычна могуць лічыцца адыябатнымі.
92. Прымяненне сціснутых газаў. Многія сціснутыя газы ў цяперашні час знаходзяць шырокае прымяненне ў тэхніцы.
Сціснутае паветра, напрыклад, прымяняецца ў рабоце розных пнеўматычных інструментаў: адбойных малаткоў, заклёпачных малаткоў, у распырсквальнікаў фарбы і інш.
138
На рыс. 141 паказана схема будовы адбойнага малатка. Сціснутае ііаветра падаецца ў малаток па шлангу М. Залатнікі Z, аналагічпыя нрымяняемым у паравых машынах, накіроўваюць яго па чарзе то ў заднюю, то ў пярэднюю частку цыліндра. Таму паветра цісне на поршань Р то з аднаго, то з другога боку, што выклікае хуткі зваротнапаступалыіы рух поршня і пікі малатка В. Апошняя хутка наносіць адзін за другім удары, укараняецца ў вугаль і адколвае кавалкі яго ад масіву.
Існуюць таксама пескаструменныя апараты, якія даюць моцны струмень паветра, змешаны з пяском. Гэтыя апараты прымяняюцца, напрыклад, для ачысткі сцеп. Цяпер нярэдка можна бачыць работу спецыяльных апаратаў, якія прымяняюцца для афарбоўкі сцен, дзе фарба распырскваецца сціснутым паветрам. Сціснутым паветрам адчыняюцца дзверы вагонаў метро і тралейбусаў. Сціспутае паветра выкарыстоўваецца ў рабоце тармазоў ііа транспарце. Схематычная будова аднаго з відаў пнеўматычнага тормаза чыгуначнага вагона паказана на рыс. 142.
Мй
Магістрал»
Рыс. 142. Схема будовы чыгуначнага пнеуматычнага тормаза.
Кампрэсар падае паветра па магістралі ў сталыіы рэзервуар A Поршань В тормазнага цыліндра аказваецца пад аднолькавым ціскам справа і злева; таму злучаная з ім тормазная калодка D адціснута ад кола. Калі адкрыць тормазны кран М, то паветра, якое знаходзіцца ў магістралі пад ціскам, накіруецца ў атмасферу; пры гэтым захлопнецца клапап К і, такім чынам, стальны рэзервуар ізалюецца ад магістралі. Ціск на поршань В справа будзе большым, чым ціск злева, з прычыны чаго тормазная калодка прыціснецца да вобада кола. Калі цяпер крап М закрыць і зноў падаць сціснутае паветра па магістралі, то адновіцца першапачатковае становішча.
У тэхніцы прымяняецца не толькі сціснутае паветра, але 1 некаторыя іншыя газы; так, напрыклад, вадарод, ацэтылен і кісларод прымяняюцца пры газавай зварцы; аміяк прымяняецца ў халадзіль
139
най справе. Каб газы было зручна перавозіць, іх змяшчаюць у трывалыя стальвыя балоны, накачваючы да ціску 60—200 am.
Сцісканне газаў ажыццяўляецца з дапамогай магутных нагнятальных насосаў—к ампрэсараў.
На рыс. 143, а, б дадзена схема работы кампрэсара.
Кампрэсар складаецца з цыліндра з поршнем і двума клапанамі; адзін з іх — уваходны, другі — выходны. Пры руху поршня ўніз
Рыс. 143. Зпадворны выгляд магутнага кампрэсара.
(рыс. 143, б) адкрываецца ўваходны клапан і ў цыліндр паступае паветра з памяшкання; пры руху поршня ўверх (рыс. 143, а) уваходны клапан закрываецца, увайшоўшае паветра сціскаецца поршнем і праз
КНІГІ ОНЛАЙН
