Физика для "чайников"

Ну что же, чисто молекулярная физика уже начинает потихоньку махать ручкой на прощание, а мы так же потихоньку переползаем в сторону термодинамики. Именно потихоньку, потому что сейчас грянет то ужасное уравнение, которым также обожают компостировать мозги на уроках в школе. К сожалению, это оправдано - при его помощи можно посчитать достаточно много. Его вывели товарищ Менделеев (да-да, тот самый, которому таблица приснилась) и некто Клапейрон, причём чисто экспериментальным путём, опять без всякой математики. В двух словах, о чём оно. У любого газа есть какие-то параметры, которые могут меняться. Основных три: это его давление, объём и температура. Дык вот, это самое уравнение устанавливает связь между всеми тремя: зная, как меняется одно и при каких условиях, можно предсказать, как будут (или не будут) меняться остальные два. Связь такая: p*V = m*R*T/M. Буквы означают: p - давление газа, V - его объём, m - масса газа, T - температура, M - молярная масса, R - универсальная газовая постоянная, которая всего лишь равна k*Na. Чуть подробнее о последних двух.

Молярная масса - это то, что написано в таблице Менделеева под буквой (или буквами), обозначающими химический элемент, о котором идёт речь. Ну, например, если речь идёт о гелии, которым детские воздушные шарики надувают - у него молярная масса равна 4 граммам на моль. То есть это связь между количеством вещества и его массой - ясен барабан, что 1 моль воды будет всяко легче 1 моля ртути. Чтобы знать, насколько, эту штуку и посчитали, а так как для каждого вещества она всегда одна и та же, её и запихнули в таблицу Менделеева. (Воздух - исключение, поскольку это смесь газов, в таблице Менделеева его нет. Тем не менее, его молярная масса тоже хорошо известна, она равна 29 г/моль). Иногда, чтобы не мучаться с дробью m/M, вместо неё пишут ню - количество вещества. Но количество так просто не посчитаешь, в отличие от массы. А универсальная газовая постоянная - это при выводе формулы (если выводить уже по-умному, по-строгому, со всей математикой из основного уравнения МКТ - такое можно сделать, как оказалось) можно увидеть, что в какой-то момент нужно перемножить число Авогадро и постоянную Больцмана. Ясен пень, что получится тоже какое-то не меняющееся число, да ещё и без этих жутких степеней, да ещё и для каждого газа она одинакова! И всё бы хорошо, да только размерность кривая стала: R = 8.31 Дж/(моль*К). Но всё-таки это легче, чем 6.03, 10 в плюс 23-ей, 10 в минус 23-ей, 1.38...

Из всего этого хозяйства можно получить дофига закономерностей, законов и так далее. Выделяют основные три, которые оказываются видны сразу, "в лоб" (по мнению умных физиков и математиков). Принцип построения простой: один из трёх параметров остаётся неизменным, и при этом смотрим, как меняются остальные два в зависимости друг от друга. Да, и строят унылые графики, типа игрек от икс равно ка икс плюс бэ, всё в таком духе. Но всё не так плохо: знать, чему равны все эти ка и бэ, не надо - они для каждого случая свои, а все возможные случаи запомнить в принципе невозможно. Важно только одно: знать, как примерно (качественно, не количественно) идут эти графики, и что от чего зависит. Рисовать ничего не буду, потому что кто хочет понять - тот и без рисунков поймёт, а кто не хочет - тот это всё равно пропустит.

Значится, три основных закона. Причём каждый назван ещё и именем, не всегда одним! И каждому ещё соответствует название того, что происходит, тоже умное!

1) Закон Гей-Люссака. Не меняется давление, называется изобарным процессом ("бар" - ещё одна единица измерения давления, это ещё как-то можно запомнить). При этом если меняется температура, то объём меняется по линейному закону в зависимости от неё, то есть V/T = const, как пишут по-умному. Была температура 200 градусов, газ занимал объём 2 кубических метра. Если оставить давление тем же самым (я с трудом себе могу это представить), то при нагреве до 400 градусов газ сам собой расширится до 4 кубических метров. По-умному это будет называться изобарный нагрев, или изобарное расширение. Наоборот - соответственно, изобарное охлаждение или изобарное сжатие.

2) Закон Шарля. Не меняется объём, называется изохорным процессом (по-моему, самое сложное в запоминании; даже я, будучи ботаном, в первый раз узнал о том, что "хор" - это объём, именно на уроке физики об этом). При этом если меняется температура, то давление будет меняться так же по линейному закону в зависимости от неё, то есть p/T = const, если писать по-умному. То есть была температура в 25 градусов - газ давил, например, 100 тысяч паскаль. Охладили баллон с газом (объём остался тот же) до 5 градусов - давление должно снизиться до 20 тысяч. По-умному это будет изохорное охлаждение или изохорный нагрев. (Сжатие-расширение, понятное дело, подразумевают, что объём меняется, а тут он не меняется, поэтому здесь такие слова считаются нецензурными. Кто не понял - это была очередная глупая шутка.)