აირის კანონები. მოილ–მარიოტის კანონი

აირის კანონები.  განსაზღვრული მასის  ნივთიერების ერთ-ერთი მაკროსკოპული პარამეტრის -p  წნევის, V მოცულობის ან t ტემპერატურის შეცვლა იწვევს დანარჩენი პარამეტრების შეცვლას,. ამ პარამეტრების ურთიერთდამოკიდებულება ყველაზე მარტივია აირისათვის. თუ აირის მდგომარეობის დამახასიათებელი ყველა სიდიდე იცვლება ერთდროულად, მაშინ ძნელუია რაიმე განსაზღვრული კანონზომიერების ცდით დადგენა. უმჯობესია, ჯერ შევისწავლოთ პროცესები, რომლებშიც მასა და p, V, t  პარამეტრებიდან ერთ-ერთი უცვლელი რჩება.

ერთი და იმავე მასის აირის ორი პარამეტრის ურთიერთდამოკიდებულებების მესამე პარამეტრის მუდმივობისას აირის ძირითადი კანონები ეწოდება.

ბოილ-მარიოტის კანონი. აირის პირველი კანონი აღმოაჩინა ინგლისელმა მეცნიერმა ბოილმა 1660წ. მისი შრომის სახელწოდება იყო: ,,ახალი ცდები ჰაერის ზამბარის შესახებ''. მართლაც, აირი იქცევა შეკუმშული ზამბარის მსგავსად. ამაში გვარწმუნებს ჰაერის შეკუმშვა თუნდაც ველოსიპედის ჩვეულებრივ ტუმბოში. ბოილი სწავლობდა აირის წნევის ცვლილებას მოცულობის მიხედვით მუდმივი ტემპერატურის პირობებში. თერმოდინამიკური სისტემის მდგომარეობის ცვლილების პროცესს ტემპერატურის მუდმივობის პირობებში იზოთერმული პროცესი  ეწოდება.  იმისათვის, რომ აირმა უცვლელად შეინარჩუნოს ტემპერატურა აუცილებელია სითბოცვლა აირსა და თერმოსტატს (მუდმივი ტემპერატურის დიდ სისტემას) შორის. თერმოსტატს შეცვლის ატმოსფერული ჰაერი, თუ  მისი ტემპერატურა  შესამჩნევად არ იცვლება ცდის დროს. აირის წნევისა და მოცულობის ცვლილებას მუდმივი ტემპერატურის დროს, დავაკვირდეთ ხელსაწყოთი, რომლის სამი მდგომარეობა გამოსახულია (ნახ. 22)–ზე. ამ ხელსაწყოში მინის A მილი შეერთებულია რეზინის მილის საშუალებით მინის მეორე B მილთან; A მილს ზემოდან გაკეთებული აქვს α ონკანი; ორივე მილში ვერცხლისწყალია.

გავხსნათ α ონკანი და ისე დავაყენოთ B მილი, რომ ვერცხლისწყლის დონე A მილში დადგეს, მაგალითად, შუაზე(მდგომარეობა I), ორივე მილში ვერცხლისწყლის ზემოთ წნევა ატმოსფერულის(760 მმ. ვწყ.სვ.)  ტოლია. დავკეტოთ α ონკანი და ამით გავაცალკევოთ A მილში არსებული ჰაერის მასა ატმოსფეროს ჰაერისგან. ამრიგად, ცდის ამ სტადიაში A მილში არსებული ჰაერის გარკვეული მასა განიცდის წნევას, რომელის ტოლი იქნება 760 მმ. ვწყ.სვ.–ისა. ავწიოთ B მილი იმდენად, რომ ჰაერის მოცულობა A მილში ორჯერ შემცირდეს,(მდგომარეობა II); ამასთანავე, ვერცხლისწყლის დონე B მილში A მილთან შედარებით, საგრძნობლად აიწევს. განვიხილოთ ახლა რის ტოლი იქნება წნევა A მილში. ეს წნევა აწონასწორებს ატმოსფერულ წნევასა და ვერცხლისწყლის სვეტის წნევას B მილში, რომელიც n₁ დონეზე უფრო მაღლა დგას. აღმოჩნდება, რომ n₁n სვეტის სიმაღლე ტოლია 76 სმ–ისა. ამრიგად, ჰაერის წნევა A მილში აწონასწორებს არა ერთ ატმოსფეროს, როგორც პირველ შემთხვევაში, არამედ ორ ატმოსფეროს(p2=2 ატმ). ამრიგად, აირის მოცემული მასისათვის მოცულობის ორჯერ შემცირება იწვევს მისი წნევის ორჯერ გადიდებას. მოცულობის 1,5–ჯერ, 2,5–ჯერ, 3–ჯერ შემცირებით წნევა შესაბამისად გადიდდება 1,5–ჯერ, 2,5–ჯერ, 3–ჯერ. ახლა B მილი ძირს ჩამოვწიოთ ისე, რომჰაერის მასამ A მილში დაიკავოს ორჯერ მეტი  მოცულობა (მდგომარეობა III); ამასთანავე, ვერცხლისწყლის დონე A მილში დაიწევს ქვევით. ამ შემთხვევაში ატმოსფერული წნევა აწონასწორებს ჰაერის წნევას A მილში და ვერცხლისწყლის სვეტსა მილის n დონიდან B მილის n₁ დონემდე. გაზომვა გვიჩვენებს, რომ ვერცხლისწყლის სვეტის ეს სიმაღლე 38 სმ–ის ტოლია. A მილში არსებული ჰაერის წნევის გაგებისათვის ატმოსფერულ წნევას უნდა გამოვაკლოთ ვერცხლისწყლის სვეტის წნევა: p3=76 სმ – 38 სმ = 38 სმ, მაშასადამე p3=0,5 ატმ.

ამრიგად, აირის მოცულობის ორჯერ გადიდებით წნევა ორჯერ მცირდება. ამან ბოილი იმ დასკვნამდე მიიყვანა, რომ მოცემული მასის აირის მოცულობა და წნევა უკუპროპორციულ დამოკიდებულებაშია. სხვადასხვა რაოდენობის ვერცხლისწყლის დამატებისას ჰაერის მოცულობის ცვლილებაზე შემდგომმა დაკვირვებებმა აღნიშნული დასკვნა დაადასტურა. მოგვიანებით, ბოილისგან  დამოუკიდებლად, იმავე დასკვნამდე მივიდა ფრანგი მეცნიერი მარიოტი. ამიტომ აღმოჩენილ კანონს უწოდეს – ბოილ­–მარიოტის კანონი. ამ კანონის თანახმად, მოცემული მასის (ანუ რაოდენობის) აირის წნევა მუდმივი ტემპერატურის დროს უკუპროპორციულია აირის მოცულობისა. თუ p₁ არის წნევა V₁ მოცულობის დროს, p₂ კი წნევა V₂ მოცულობის დროს, მაშინ

გაგრძელება>>>