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查理定律指的是理想氣體的壓強隨溫度而改變的規律。當體積不變時,溫度每升高1℃,一定質量氣體的壓強增加它在0℃時的壓強的1/237;或一定質量的氣體,當體積不變時,它的壓強和絕對溫度成正比。這定律對理想氣體才嚴格成立,它只能近似反映實際氣體的性質,壓強越大,溫度越低,它與實際情況的偏差就越顯著。

1 查理定律 -定義

查理定律圖示一

當氣體的體積V保持不變,一定質量的氣體,壓強P與其絕對溫度T成正比,即如圖示一。在一定的體積下,一定質量的氣體,溫度每升高(或降低)1℃,它的壓強比原來增加(或減少)1/273。這個規律叫做查理定律。

2 查理定律 -原理

雅克·查理在1787年第一個發現氣體體積在不同溫度下的關。當溫度下降時,氣體的平均動能減少,氣球內的壓力隨著少,體積變小,反之亦然。因此氣球受熱后,氣球內的壓力增加,體積也跟著變大。

3 查理定律 -詳解

查理-蓋呂薩克定律

查理定律,又稱查理-蓋呂薩克定律,是蓋·呂薩克在1802年發布,但他參考了雅克·查理的研究,故後來該定律多稱作查理定律。

公式
查理定律圖示二
p-T圖

一定質量的某種氣體在p-T圖上的等容線是一條過原點的直線;p-t圖中等容線在t軸上的截距是-273℃。如圖示三所示。

適用條件

該定律是在壓強不太大、溫度不太低的情況下總結出來的。壓強很大或溫度很低時,氣體都已液化,甚至變成固體,氣體的實驗定律就不再適用了。

4 查理定律 -查理簡介

法國物理學家

查理(Jacques-Alexandre-César Charles,1746-l823)是法國物理學家。1746年11月12日誕生於法國盧瓦雷的貝奧京西。查理中學畢業后在法國政府財政部當小職員。後來,得知美國物理學家富蘭克林在費城雷雨中冒著生命危險研究雷閃現象,他被這種勇敢探索自然界奧秘的精神所打動,對科學實驗產生了濃厚的興趣。於是,查理動手製作和大量收集各種物理儀器,熱心從事物理實驗研究。他多次舉辦各種物理講座,當眾出色地進行物理實驗演示,在學術界贏得了相當高的聲譽。1795年查理當選為法國科學院院士。晚年,法國皇帝路易十六還特地獎給他一套公寓和一筆養老金。

主要成就

查理在物理學上的主要成就是發現氣體的壓強隨著溫度變化的規律,就是查理定律。查理起初熱衷於氣球升空實驗。1783年,他和弟弟羅伯特合作,在綢布外面塗上橡膠製成了世界上第一個氫氣球,於8月27日實現了第一次無人駕駛升高實驗。同年12月1日,在查理指導下,羅伯特第一次乘坐氫氣球升空。後來,羅伯特曾經用氫氣球上升到3000米高空。

當時,他們兄弟倆連續幾次升空的大膽創舉,轟動了整個法國,公眾情緒極為高漲。查理因此出了名,據說法國皇帝路易十六曾經邀請他在著名的盧浮宮陳列他所收藏的物理儀器。

大約在1787年,查理著手研究氣體的膨脹性質,發現在壓力一定的時候,氣體體積的改變和溫度的改變成正比。他進一步發現,對於一定質量的氣體,當體積不變的時候,溫度每升高l℃,壓力就增加它在0℃時候壓力的1/273。查理還用它作根據,推算出氣體在恆定壓力下的膨脹速率是個常數。這個預言後來由蓋•呂薩克和道爾頓(1766—1844)的實驗完全證實。

查理還發明和改進了許多物理儀器。比如,他發明了液體比重計和反射測向儀,改進了空速表和馮•格蘭維山德發明的定日鏡等。此外,查理還發表了有關電學實驗的文章。

5 查理定律 -實驗

查理定律查理定律實驗
實驗步驟

1.取一隻燒瓶,用一根彎曲的玻璃管和一段橡皮管把它跟水銀氣壓計連接在一起,氣壓計左端的玻璃管固定在直立的有刻度的木板上,氣壓計的右管可上下移動。

2.開始時,調節可動管使壓強計兩管中的水銀面高度相同,記下管中水銀面的位置,這時燒瓶中氣體的壓強等於大氣壓,同時記下室溫.然後,把燒瓶放入熱水中,經過一段時間,調節可動管使管中的水銀面回到處,以保證燒瓶內的氣體的體積不變,這時管B中的水銀面低於管A中水銀面,說明氣體壓強變大,記下溫度計的讀數和計算出燒瓶中氣體的壓強。

3.改變幾次水的溫度,會得到幾組不同的溫度和壓強值。

實驗結論

一定質量的氣體,在體積不變的情況下,溫度每升高(或降低)1℃,氣體的壓強增大(或減小)為0℃時壓強的1/273。數學表達式為如圖示三, 將圖示三變形得如圖示四,得公式如圖示五。

查理定律圖示三

  

查理定律圖示四

 

查理定律圖示五

 

 

實驗要點

查理定律是理想氣體三大實驗定律之一。要點是:知道研究理想氣體等容變化的實驗裝置和實驗方法;掌握實驗過程中的數據處理方法,能對數據進行分析並得到結論;理解等容變化圖線的物理意義並利用p-T(t)圖進行分析和判斷。

經典考題

1、封閉在容器中的氣體,當溫度升高時,下面的哪個說法是正確的(  )(不計容器的膨脹)

A. 密度和壓強均增大;

B. 密度增大,壓強減小;

C. 密度不變,壓強增大;

D. 密度增大,壓強不變。

2、要求瓶內氫氣在500℃時的壓強不超過1atm,則在20℃時對瓶子充氣時,瓶內壓強最多為多少?瓶子的熱膨脹不計。

3、一定質量氣體在狀態變化前後對應著圖1中A、B兩點,則與A、B兩狀態所對應的體積VA、VB的大小關係是 (     )

A. VA=VB            B. VA>VB                C. VA<VB               D. 無法比較

查理定律圖示六

6 查理定律 -查理定律演示儀

是一種查理定律演示儀,在底座上固定支架,用支架固定垂直支撐在底座上的上端開口的透明量筒,量筒外壁上有表示容積的刻度,在量筒內腔下端裝有電熱元件和電風扇,量筒下端側面有進排氣口並在該口上裝有閥門,在下端側面還裝有下端通入量筒內腔的溫度計,在量筒內腔下部裝有與量筒內壁密封的活塞,在活塞上固定壓強標尺,在活塞上連接另一端伸出量筒開口外的定位懸線,在量筒內腔上部裝有壓板,在活塞與壓板之間裝有壓縮彈簧,在支架上壓蓋上設置下端可以頂在壓板上平面的調整螺桿。該演示儀由於不用水銀,避免了水銀中毒;氣體的溫度變化範圍大,相對誤差較小;被密封氣體的質量可根據需要進行調節,實驗範圍廣;加熱升溫快,節省了時間;壓強、體積、溫度都直接可讀,方便了實驗。

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