ГАЗОВЫЙ ЗАКОН ГЕЙ - ЛЮССАКА

Содержание 1. История открытия закона ; 2. Краткая биография учёного ; 3. О самом законе ( график, математические записи ).

История Открытия. Установление зависимости между объёмом газа и температурой было давней задачей науки. Можно назвать около двух десятков ученых, которые занимались ее решением, но все они получали не согласующиеся друг с другом результаты. Некоторые утверждали даже, что не существует пропорциональности между объёмом газа и температурой. Только Гей - Люссаку и независимо от него Дальтону удалось получить однозначный результат. Однако Дальтон не сделал правильного вывода. Он считал, что при возрастании температуры в арифметической прогрессии объём газа возрастает в геометрической прогрессии.

Гей - Люссак обнаружил причину неоднозначности результатов, полученных различными исследователями: присутствие воды в измерительных приборах. Пары воды увеличивали неопределенным образом объем газа при нагревании. Только после тщательного осушения сосудов и очистки газов Гей - Люссаку удалось установить закон, который он сформулировал так:"Атмосферный воздух, кислород, водород, азот, пары азотной, соляной, серной и угольной кислот - все расширяются равномерно при одинаковом повышении температуры. Поэтому величина расширения не зависит от физических свойств или особой природы газов..."

Биография учёного Жозеф Луи Гей-Люссак (6 декабря 1778 г. – 9 мая 1850г.) Французский физик и химик Жозеф Луи Гей-Люссак родился в Сен-Леонар-де- Нобла (департамент Верхняя Вьенна). Получив в детстве строгое католическое воспитание, в 15 лет он переехал в Париж; там, в пансионе Сансье, юноша продемонстрировал незаурядные математические способности. С 1797 до 1800 гг. Гей-Люссак учился в Политехнической школе в Париже, где химию преподавал Клод Луи Бертолле. После окончания школы Гей-Люссак был ассистентом Бертолле. В 1809 г. он почти одновременно стал профессором химии в Политехнической школе и профессором физики в Сорбонне, а с 1832 г. – ещё и профессором химии Парижского ботанического сада.

Научные работы Гей-Люссака относятся к самым разным областям химии. В 1802 г. независимо от Джона Дальтона Гей-Люссак открыл один из газовых законов – закон теплового расширения газов, позже названный его именем. В 1804 г. он совершил два полёта на воздушном шаре (поднявшись на высоту 4 и 7 км), во время которых выполнил ряд научных исследований, в частности измерил температуру и влажность воздуха. В 1805 г. совместно с немецким естествоиспытателем Александром фон Гумбольдтом установил состав воды, показав, что соотношение водорода и кислорода в её молекуле равно 2:1. В 1808 г. Гей-Люссак открыл закон объёмных отношений, который представил на заседании Философско- математического общества: «При взаимодействии газов их объёмы и объёмы газообразных продуктов соотносятся как простые числа». В 1809 г. он провел серию опытов с хлором, подтвердивших вывод Гэмпфи Дэви, что хлор – это элемент, а не кислородсодержащее соединение, а в 1810 г. установил элементарный характер калия и натрия, затем фосфора и серы. В 1811 г. Гей-Люссак совместно в французским химиком-аналитиком Луи Жаком Тенаром значительно усовершенствовал метод элементного анализа органических веществ.

В 1811 г. Гей-Люссак начал обстоятельное исследование синильной кислоты, установил её состав и провёл аналогию между нею, галогеноводородными кислотами и сероводородом. Полученные результаты привели его к концепции водородных кислот, опровергающей чисто кислородную теорию Антуанна Лорана Лавуазье. В гг. Гей-Люссак установил аналогию между хлором и иодом, получил иодистоводородную и иодную кислоты, монохлорид иода. В 1815 г. он получил и изучил «циан» (точнее говоря, дициан), что послужило одной из предпосылок формирования теории сложных радикалов.

Гей-Люссак работал во многих государственных комиссиях и составлял по поручению правительства доклады с рекомендациями по внедрению научных достижений в промышленность. Прикладное значение имели и многие его исследования. Так, его метод определения содержания этилового спирта был положен в основу практических способов определения крепости алкогольных напитков. Гей-Люссак разработал в 1828 г. методику титриметрического определения кислот и щелочей, а 1830 г. – объёмный способ определения серебра в сплавах, применяющийся и в настоящее время. Созданная им конструкция башни для улавливания оксидов азота в дальнейшем нашла применение в производстве серной кислоты. В 1825 г. Гей-Люссак совместно с Мишелем Эженом Шёврелем получили патент на производство стеариновых свечей.

В 1806 г. Гей-Люссак был избран членом Французской академии наук и её президентом в 1822 и 1834 гг.; состоял членом Аркёйского научного общества (Societe d'Archueil), основанного Бертолле. В 1839 г. он получил титул пэра Франции. Всегда серьезный и сдержанный, Гей-Люссак был способен к порывам искренней веселости. Ученики видели его не раз в лаборатории пляшущим в калошах после удачного опыта (лаборатория помещалась в подвале). Гей-Люссак был чужд политических партий; в палате депутатов и в палате пэров он выступал на кафедру только тогда, когда затрагивались вопросы, связанные с научными исследованиями.

О самом законе Закон устанавливает зависимость между удельным объемом и абсолютной температурой при p=const, dp=0. Такой термодинамический процесс может протекать в цилиндре, поршень которого перемещается без трения так, что давление в цилиндре равняется постоянному давлению окружающей среды. Уравнение изобарного процесса может быть получено из уравнения состояния при p=const. В этом случае: Таким образом, при изобарном процессе объем газа всегда пропорционален абсолютной температуре.

Р абота газа в изобарном процессе определяется интегрированием выражения, при p=const. Это дает: Так как pV1=RT1 и pV2 =RT2, то подставляя эти выражения в формулу, получим: l=R(T2-T1) Выражение раскрывает также физический смысл газовой постоянной R. Действительно, если принять, что T2- T1=l0C, то I=R. Следовательно, газовая постоянная - это работа 1 кг газа в изобарном процессе при увеличении температуры на 10 С.

Теплота, подводимая к рабочему телу (или отводимая), определяется уравнением dq=cpdT-vdp. Если dp=0, то dq=cpdT, где Ср - удельная теплоемкость при p=const. Следовательно, в данном случае dq=di. При Cp=const q=сp(T2-T1)=i2-i1 Из выражения видно, что теплота, подведенная к рабочему телу в изобарном процессе, идет на увеличение его энтальпии. При изобарном процессе меняется температура рабочего тела и, следовательно, его внутренняя энергия. Поэтому на совершение внешней работы расходуется лишь часть теплоты, подведенной к рабочему телу извне. Для определения доли этой теплоты следует все члены нижеприведённого уравнения разделить на dq,, откуда: du=dq-dl, u2-u1=q-l; или dq=du+dl; q=u+l=u2-u1+l.

- коэффициент адиабаты. Если принять к=1,4, что соответствует двухатомным газам, то 28,5% всей подведенной к рабочему телу теплоты в изобарном процессе двухатомного газа расходуется на совершение работы, а 0,715 (или 71,5%) - на изменение внутренней энергии.

КОНЕЦ