Studiul relației dintre parametrii care caracterizează starea unei mase date de gaz va începe cu studiul proceselor de gaze care apar atunci când unul dintre parametri rămâne neschimbat. Om de știință englez Boyle   (în 1669) și savantul francez Marriott   (în 1676) a descoperit o lege care exprimă dependența schimbărilor de presiune de modificările volumului gazelor la temperatura constantă. Vom efectua următorul experiment.

Rotind mânerul, vom modifica volumul de gaz (aer) din cilindrul A (Fig. 11, a). Conform manometrului, observăm că presiunea pe gaz se schimbă și ea. Vom schimba volumul de gaz din vas (volumul este determinat pe o scară B) și, notând presiunea, le vom scrie în tabel. 1. Din aceasta se poate observa că produsul volumului gazului și presiunea acestuia au fost aproape constante: de câte ori „volumul de gaz a scăzut, presiunea sa a crescut cu aceeași cantitate.

În urma unor experimente similare, mai exacte, a fost descoperită: pentru o masă dată de gaz la o temperatură constantă, presiunea gazului se modifică invers odată cu modificarea volumului de gaz. Aceasta este formularea legii Boyle-Marriott. Matematic, este scris pentru două stări după cum urmează:

Se numește procesul de schimbare a stării unui gaz la o temperatură constantă izotermă.   Formula legii Boyle-Mariotte este ecuația stării izoterme a unui gaz. La o temperatură constantă, viteza medie a moleculelor nu se modifică. O modificare a volumului de gaz determină o modificare a numărului de lovituri moleculare pe pereții vasului. Acesta este motivul modificării presiunii gazului.

Prezentăm grafic acest proces, de exemplu, pentru caz V \u003d 12 l, p \u003d 1 at.. Vom așeza volumul de gaz pe axa abscisă și presiunea acestuia pe axa ordonată (Fig. 11, b). Găsiți punctele corespunzătoare fiecărei perechi de valori ale lui V și p și, conectându-le între ele, obținem un grafic al procesului izoterm. Linia care prezintă relația dintre volumul gazului și presiunea la o temperatură constantă se numește izotermă. Procesele izoterme pure nu au loc. Dar sunt adesea cazuri în care temperatura gazului se schimbă puțin, de exemplu, când compresorul pompează aerul în cilindri și când amestecul combustibil este admis la cilindrul unui motor cu ardere internă. În astfel de cazuri, volumul și presiunea gazelor sunt calculate conform legii Boyle-Mariotte *.

Legea Boyle-Mariotte (izoterma), una dintre legile principale ale gazelor care descrie procesele izoterme în gazele ideale. A fost stabilit de oamenii de știință R. Boyle în 1662 și E. Marriott în 1676 independent unul de celălalt, într-un studiu experimental al dependenței presiunii gazului de volumul său la o temperatură constantă.

Conform legii Boyle-Mariotte la temperatura constantă (T \u003d const), volumul (V) al unei mase date (m) dintr-un gaz ideal este invers proporțional cu presiunea sa (p):

pV \u003d const \u003d С la T \u003d const și m \u003d const

Constanta C este proporțională cu masa gazului (numărul de aluniți) și temperatura absolută a acestuia. Cu alte cuvinte: produsul volumului unei mase date a unui gaz ideal prin presiunea sa este constant la o temperatură constantă. Legea Boyle-Mariotte este strict valabilă pentru gazele perfecte. Pentru gazele reale, legea Boyle-Mariotte este aproximativ îndeplinită. Aproape toate gazele se comportă ca fiind ideale la presiuni nu prea mari și la temperaturi prea mici.

Legea Boyle - Mariotte rezultă din teoria cinetică a gazelor când se presupune că mărimea moleculelor este neglijabilă în comparație cu distanța dintre ele și nu există interacțiune intermoleculară. La presiuni mari, este necesar să se introducă corecții pentru forțele de atracție între molecule și pentru volumul moleculelor în sine. Ca și ecuația Klaipedon, legea Boyle - Marriott descrie cazul limitant al comportamentului unui gaz real, descris mai precis de ecuația van der Waals. Aplicarea legii poate fi observată aproximativ în procesul de compresiune a aerului de către compresor sau ca urmare a extinderii gazului sub pistonul pompei atunci când este pompat în afara vasului.

Procesul termodinamic care are loc la o temperatură constantă se numește izoterm. Imaginea sa din grafic (Fig. 1) se numește izotermă.

Fig. 1

Legea Gay-Lussac. izobară

Savantul francez J. Gay-Lussac, în 1802, a descoperit experimental dependența volumului de gaz de temperatură la presiune constantă. Datele stau la baza legii privind gazele Gay-Lussac.

Formularea legii Gay-Lussac este următoarea: pentru o masă dată de gaz, raportul dintre volumul gazului și temperatura sa este constant dacă presiunea gazului nu se modifică. Această dependență este scrisă matematic astfel:

V / T \u003d const dacă P \u003d const și m \u003d const

Această lege poate fi respectată aproximativ atunci când gazul se extinde când este încălzit într-un cilindru cu un piston mobil. Constanța presiunii în cilindru este asigurată de presiunea atmosferică pe suprafața exterioară a pistonului. O altă manifestare a legii Gay-Lussac în acțiune este un balon. Legea Gay-Lussac nu se observă în regiunea temperaturilor scăzute aproape de temperatura de lichefiere (condensare) a gazelor.

Legea este valabilă pentru gazul perfect. Se comportă bine pentru gazele rarefiate, care sunt aproape ideale în proprietățile lor. Temperatura gazului trebuie să fie suficient de ridicată.

Grafic, această dependență în coordonatele V-T este descrisă ca o linie dreaptă care apare din punctul T \u003d 0. Această linie se numește izobar. Presiuni diferite corespund unor izobare diferite. Procesul de schimbare a stării unui sistem termodinamic la presiune constantă se numește izobaric (fig. 2 graficul procesului izobar).

Fig.2

Legea lui Charles. Isochora

Savantul francez J. Charles, în 1787, a descoperit experimental dependența presiunii gazului de temperatură la un volum constant. Datele stau la baza legii privind gazele lui Charles.

Formularea legii lui Charles este următoarea: pentru o masă dată de gaz, raportul dintre presiunea gazului și temperatura sa este constant dacă volumul de gaz nu se modifică. Această dependență este scrisă matematic astfel:

P / T \u003d const dacă V \u003d const și m \u003d const

Această lege poate fi respectată aproximativ atunci când există o creștere a presiunii gazului în orice rezervor sau într-un bec electric atunci când este încălzit. Procesul izoic este utilizat în termometrele cu gaz de volum constant. Legea lui Charles nu este respectată la temperaturi scăzute, aproape de temperatura de lichefiere (condensare) a gazelor.

Legea este valabilă pentru gazul perfect. Se comportă bine pentru gazele rarefiate, care sunt aproape ideale în proprietățile lor. Temperatura gazului trebuie să fie suficient de ridicată. Procesul trebuie să meargă foarte încet

Grafic, această dependență în coordonatele P-T este descrisă ca o linie dreaptă care apare din punctul T \u003d 0. Această linie se numește isochore. Diferite volume corespund unor izoare diferite. Procesul de schimbare a stării unui sistem termodinamic cu un volum constant se numește izochoric. Fig. 3 (graficul procesului izoic).

Conform legea lui Boyle- Mariottela temperatura constanta gaz   invers proporțional cu presiunea.

Aceasta înseamnă că, odată cu creșterea presiunii asupra gazului, volumul acestuia scade și invers. Pentru o cantitate constantă de gaz legea lui Boyle - Marriott De asemenea, poate fi interpretat astfel: la o temperatură constantă, produsul de presiune și volum este o constantă. Sub forma unei formule, aceasta este exprimată după cum urmează:

P x V \u003d K, unde P este transmitere absolută, V este volum; K este o constantă.

Dacă P și V se schimbă, atunci P 1 x V 1 \u003d K și P 2 x V 2 \u003d K.

Combinația celor două ecuații va da P 1 x V 1 \u003d P 2 x V 2.

Dacă o cantitate fixă \u200b\u200bde gaz este pompată într-un recipient rigid, cum ar fi un balon de scuba, atunci, deoarece volumul balonului rămâne neschimbat, acesta va determina presiunea gazului din interiorul acestuia. Dacă aceeași cantitate de gaz este umplută într-un recipient elastic, cum ar fi un balon. se va extinde până când presiunea gazului din interior este egală cu presiunea mediului. În acest caz, presiunea determină volumul rezervorului.

Efectul creșterii presiunii cu adâncimea scufundarepe exemplul unei sticle de plastic. Pe măsură ce presiunea asupra gazului crește, volumul acestuia scade și invers

La nivelul mării, presiunea este de 1 bar. La o adâncime de 10 metri, presiunea se dublează la 2 bar și apoi crește cu 1 bar la fiecare 10 metri de imersiune. Imaginează-ți o sticlă inversă de sticlă fără plută, în interiorul căreia există aer. La scufundarea sticlei la o adâncime de 10 metri, unde presiunea este de 2 bar. aerul din interiorul său va fi comprimat până la jumătate din volumul inițial. La o adâncime de 20 de metri, presiunea va fi de 3 bar. iar aerul va fi comprimat până la o treime din volumul inițial. La 30 de metri adâncime, unde presiunea crește la 4 bar. volumul de aer va fi doar un sfert din original.

Dacă presiune   iar volumul gazului este invers proporțional, apoi presiunea și densitatea sunt direct proporționale. Pe măsură ce presiunea gazului crește și volumul acestuia scade, distanța dintre moleculele de gaz scade, iar gazul devine mai dens. La o presiune de două ori mai mare decât presiunea atmosferică, un volum dat de gaz este de două ori mai dens decât aerul de la suprafața apei, etc. Prin urmare, la o adâncime, scafandrii își consumă rapid alimentarea cu aer. O respirație completă de aer, a cărei presiune este de două ori mai mare decât presiunea atmosferică, conține de două ori mai multe molecule de aer decât aerul de la suprafață. Prin urmare, la o presiune de 3 atmosfere, un balon este suficient doar pentru o treime din timpul în care o persoană ar putea folosi acest balon la suprafață.

Scafandru trebuie să respire aer a cărui presiune este egală cu presiunea mediului acvatic din jur. Abia atunci, indiferent de adâncimea de imersiune, aerul va fi extins la un volum normal de plămâni. Regulatorul de aer este un sistem de supape care reduce presiunea aerului comprimat dintr-un cilindru până la presiunea apei la nivelul plămânilor scafandrului. Diversei nu vor să irosească aer în rezervorul lor, așa că regulatorul este proiectat astfel. să furnizeze aer doar atunci când este nevoie. De aici un alt nume - "supapa de cerere". adică o supapă la cerere.

La fiecare imersiune divers   transportă diferite echipamente care conțin gaz, inclusiv dispozitivele de control a flotabilității, butelii, măști, costume de neopren umede și uscate, fabricate din material care conține bule mici de aer. Corpul nostru are și cavități pline de gaz: sinusuri, urechi. stomacul și plămânii. Cu excepția cilindrilor rigizi, toate cavitățile umplute cu gaz sunt comprimate în timpul imersiunii și se extind la urcare. Când se ridică la suprafață, scafandrii ar trebui să fie eliberați din aerul care se extinde în plămâni, să egalizeze presiunea în urechi și sinusuri pentru a evita durerea și deteriorarea țesuturilor, numită barotrauma. (Acest lucru nu se aplică opririlor de decompresie - există o discuție specială despre acestea.)

Se crede că expansiunea gazelor din corpul scafandrului este deosebit de intensă în ultimii 10 metri de urcare, motiv pentru care în această etapă ar trebui să urci încet, expirând treptat aerul.

Compoziția apei de mare

Printre compușii chimici care imprimă apa de maregustul său sărat, predomină sare de masă (clorură de sodiu). În medie, aproximativ 3% din sare este conținută în apa mării, deși acest indicator poate varia de la 1% în mările polare la 5% în zonele închise, cum ar fi Mediterana și Roșu. Sarea obținută prin evaporarea apei de mare constă în clorură de sodiu pentru 77,76%, clorură de magneziu pentru 10,88%, sulfat de magneziu pentru 4,74%, sulfat de calciu pentru 3,60%, 2 pentru , 46% din clorura de potasiu, 0,22% din bromura de magneziu și 0,34% din carbonatul de calciu.