Идеального газа

Связь между важнейшими термодинамическими параметрами газа определяется соотношением

pV = const; (24)

T

 

где р — асолютное давление газа; Т — абсолютная температура газа; V — объем, занимаемый газом.

Соотношение (24) называется объединенным газовым законом и формулируется следующим образом: при постоянной массе газа произ­ведение объема на давление, деленное на абсолютную температуру газа, есть величина, одинаковая для всех состояний этой массы газа.

Уравнение состояния для произвольной массы идеального газа (урав­нение Клайперона-Менделеева) имеет вид

 

pV= m • RT; (25)

μ

 

где т — масса газа; μ — масса одного киломоля газа; R — универсальная газовая постоянная.

 

 

Для упрощения процесса измерения давления один из параметров со­стояния (Т или V) сохраняется постоянным. Тогда давление однозначно определяется по результатам измерения V или Т.

Например, при измере­нии изменений атмосферного давления в баронивелировании нашли при­менение газовые барометры, принцип действия которых основан на ис­пользовании уравнения состояния газа (24) при постоянной температу­ре, т. е. при постоянной массе газа и неизменной температуре давление об­ратно пропорционально занимаемому газом объему.

Принципиальная схема газового барометра конструкции Штриплинга изображена на рис. 13. Прибор состоит из двух камер, одна из кото­рых 2 может быть сообщена с атмосферным давлением, а другая 3 зам­кнута. Обе камеры связаны между собой капилляром, в середине кото­рого находится капля масла 1, выполняющая роль указателя нуля. При равенстве давлений в камерах капля устанавливается на нулевой отмет­ке.

 

Рис. 13. Принципиальная схема га­зового барометра

 

Равенство давлений достигается изменением объема камеры 3 посред­ством перемещения сильфона 4 с помощью винта и червячной передачи с

 

отсчетом числа оборотов червяка по цифровому счетчику. При погреш­ности термостатирования 0,001°С изменения давления фиксируются с погрешностью менее 0,5 Па.

В дифференциальном газовом баро­метре системы Д.И. Менделеева (рис. 14) изменение атмосферного дав­ления определяется комбинированным методом. Барометр состоит из замкнуто­го сосуда 1, соединенного с давлением ок­ружающего воздуха при помощи V-образного жидкостного манометра 2.

 

Рис. 14. Дифференциальный га­зовый барометр

 

 

Барометр основан на уравновешива­нии изменений атмосферного давления как столбом жидкости, так и сжатием (расширением) газа в замкнутом сосуде по закону Бойля-Мариотта. Как и ранее, необходимо тщательное термостатирование со­суда 1 или введение температурной поправки, равной 0,37 % на 1°С.

 

Следует отметить, что рассмотренные выше газовые барометры в связи с появлением высокоточных деформационных барометров анало­гичного назначения в настоящее время практически не применяются. В отличие от этого в области вакуумных измерений указанный принцип на­ходит широкое применение. Компрессионные („компрессия" — сжатие) и экспансионные („экспансия" - расширение) манометры являются ос­новными средствами воспроизведения к передачи единицы давления в области вакуумных измерений в диапазоне от 10^-3 до 10³ Па (10^-5 -10 мм рт. ст.).