Расширение и сжатие газа
Расширение газа — увеличение его объёма, а сжатие — уменьшение объёма. При этом изменяются параметры состояния газа: давление, температура или оба параметра; результат зависит от условий процесса.
При расширении молекулы в среднем реже ударяются о стенки сосуда, поэтому давление обычно уменьшается. При сжатии столкновения становятся чаще, и давление обычно возрастает. Однако точный результат определяется тем, как изменяется температура. Для решения задач сначала устанавливают, какой параметр постоянен, используя связь давления, температуры и объёма.
Основные зависимости
Если температура постоянна, действует закон Бойля—Мариотта: произведение давления и объёма сохраняется. Такой процесс называют изотермическим. Если сосуд с идеальным газом уменьшить вдвое, давление при неизменной температуре увеличится вдвое.
При постоянном давлении объём газа прямо пропорционален абсолютной температуре: при нагревании газ расширяется, а при охлаждении сжимается. Работа газа при изменении объёма рассматривается на странице «Работа газа».
Газ при температуре \(T=\text{const}\) занимал объём \(V_1=6\ \text{л}\) при давлении \(p_1=100\ \text{кПа}\). После сжатия до \(V_2=3\ \text{л}\) давление равно \(p_2=\frac{p_1V_1}{V_2}=200\ \text{кПа}\).
Само по себе уменьшение объёма не означает, что давление обязательно удвоится. Это верно только для постоянной температуры и неизменного количества газа. При быстром сжатии газ может нагреться, поэтому давление окажется другим.
Идеальный газ сжали вдвое, температура осталась постоянной. Как изменилось давление?
Главное
- Расширение — увеличение объёма, сжатие — его уменьшение.
- При постоянной температуре выполняется \(pV=\text{const}\): уменьшение объёма в 2 раза увеличивает давление в 2 раза.
- Для анализа процесса нужно учитывать, постоянны ли температура, давление или другой параметр.