по какому признаку можно сделать вывод что воздух при охлаждении сжимается?
Ответ в общих чертах:
- Признак сжатия воздуха при охлаждении — уменьшение занимаемого объёма (при условии, что внешнее давление остаётся примерно постоянным). Тогда воздух становится плотнее.
- Это следует из закона идеального газа: PV = nRT. При постоянном давлении P и количестве вещества n (и постоянной R) температура T падает — объём V падает пропорционально T.
Пошагово:
Условие. Рассматриваем газ внутри сосуда с поршнем или с самым слабым сопротивлением, чтобы внешний давление оставалось примерно постоянным. Тогда на газ действует почти одно и то же давление извне и газ может менять свой объём.
Применяем закон: при постоянном P и фиксированном количестве газа n V ∝ T (V = nRT / P). Значит, если T уменьшается (охлаждение), объём V уменьшается, то есть газ сжимается.
Что можно наблюдать как признак:
- Поршень движется внутрь (объём уменьшается).
- Удельная плотность воздуха растёт.
- Давление остаётся примерно постоянным (если задающую стенку удерживать за счёт постоянного внешнего давления).
Важное замечание: если объём сосуда фиксирован, то газ не "сжимается" в смысле изменения объёма; объём не меняется, а давление уменьшается пропорционально температуре (P ∝ T). То есть в этом случае признак сжатия по объёму не наблюдается — наблюдается снижение давления.
Пример чисел (для наглядности):
- Пусть n = 1 моль, P = 1 атм, T1 = 300 K. V1 = nRT1 / P ≈ (0.0821 L·атм/(моль·K) × 300 K) / 1 атм ≈ 24.6 L.
- При охлаждении до T2 = 270 K при том же P: V2 ≈ nRT2 / P ≈ 0.0821 × 270 ≈ 22.2 L.
- Разница: объём уменьшился примерно на 10%.
Итоговый ответ:
- По признаку уменьшения объёма (при примерно постоянном внешнем давлении) можно сделать вывод, что воздух сжимается при охлаждении.
- Если же объём сосуда зафиксирован, то сжатие по объёму не происходит — давление воздуха падает при охлаждении.
