Гл. ПС Опыты, подтверждающие газовые законы
Опишите основные опыты, подтверждающие справедливость законов.
Решение
Беспорядочное движение частиц подтверждает броуновское движение (§ ): под микроскопом мелкие взвешенные частицы непрерывно меняют направление движения, потому что молекулы жидкости ударяют по ним неравномерно. В опыте Штерна (§ ) по отклонению следов атомов серебра на вращающемся приборе измеряли их скорости и обнаруживали различие скоростей у разных атомов. Это согласуется с молекулярно-кинетическим описанием газа.
Для проверки закона Бойля—Мариотта (§ ) можно заключить воздух под подвижным поршнем, медленно сжимать его при постоянной температуре и измерять и . Произведение измеренных значений остаётся почти постоянным. Медленность нужна, чтобы газ успевал сохранять температуру.
Для закона Гей-Люссака газ нагревают в цилиндре с подвижным поршнем и постоянным грузом. Давление остаётся почти постоянным, а измеренный объём растёт пропорционально температуре в кельвинах: .
Для закона Шарля нагревают газ в жёстком закрытом сосуде и измеряют его давление при разных температурах. Объём остаётся постоянным, а отношение получается почти неизменным. Во всех трёх опытах нужно сохранять одну и ту же массу газа и сравнивать только равновесные состояния; небольшие отклонения связаны с погрешностями и приближённостью модели идеального газа.
Ответ
Броуновское движение и опыт Штерна подтверждают молекулярное движение. Опыты с медленным сжатием, нагреванием под подвижным поршнем и нагреванием в жёстком сосуде подтверждают соответственно законы Бойля—Мариотта, Гей-Люссака и Шарля.
