3.Основные законы газового состояния.Закон Бойля—Мариотта,Гей-Люссака,Шарля,закон Мендлеева-Клапейрона,уравнение Бернулли для газового потока.

Закон Бо́йля — Марио́тта — один из основных газовых законов, открытый в 1662 году Робертом Бойлем и независимо переоткрытый Эдмом Мариоттом в 1676 году. Описывает поведение газа в изотермическом процессе. Закон является следствием уравнения Клапейрона^[1].

Закон Бойля — Мариотта гласит:

При постоянной температуре и массе идеального газа произведение его давления и объёма постоянно.

В математической форме это утверждение записывается следующим образом

где   — давление газа;   — объём газа.

Важно уточнить, что в данном законе газ рассматривается, как идеальный. На самом деле, все газы в той или иной мере отличаются от идеального. Чем выше молярная масса газа, тем больше это отличие.

Закон Гей-Люссака — закон пропорциональной зависимости объёма газа от абсолютной температуры при постоянном давлении.

Закон Гей-Люссака .

 Математически закон выражается следующим образом:

или

где   — объём газа,   — температура.

Если известно состояние газа при неизменном давлении и двух разных температурах, закон может быть записан в следующей форме:

 

или 

.

Зако́н Ша́рля или второй закон Гей-Люссака — один из основных газовых законов, описывающий соотношение давления и температуры для идеального газа. 

Закон Шарля

Давление газа фиксированной массы и фиксированного объёма прямо пропорционально абсолютной температуре газа.

Проще говоря, если температура газа увеличивается, то и его давление тоже увеличивается, если при этом масса и объём газа остаются неизменными.Закон имеет особенно простой математический вид, если температура измеряется по абсолютной шкале, например, в градусах Кельвина. Математически закон записывают так:

или

где:

P — давление газа,

T — температура газа (в градусах Кельвина),

k — константа.

Уравнение состояния идеального газа (иногда уравнение Клапейрона или уравнение Менделеева — Клапейрона) — формула, устанавливающая зависимость между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой идеального газа. Уравнение имеет вид:

,

где

•  — давление,

•  — молярный объём,

•  — универсальная газовая постоянная

•  — абсолютная температура,К.

Так как  , где   — количество вещества, а  , где   — масса,   — молярная масса, уравнение состояния можно записать:

Эта форма записи носит имя уравнения (закона) Менделеева — Клапейрона.

Уравнение, выведенное Клапейроном, содержало некую неуниверсальную газовую постоянную  , значение которой необходимо было измерять для каждого газа:

Менделеев же обнаружил, что   прямо пропорциональна  , коэффициент пропорциональности   он назвал универсальной газовой постоянной.

Связь с другими законами состояния идеального газа

В случае постоянной массы газа уравнение можно записать в виде:

Последнее уравнение называют объединённым газовым законом. Из него получаются законы Бойля — Мариотта, Шарля и Гей-Люссака:

 — закон Бойля — Мариотта.

 — Закон Гей-Люссака.

 — закон Шарля (второй закон Гей-Люссака, 1808 г.)

А в форме пропорции   этот закон удобен для расчёта перевода газа из одного состояния в другое.

Уравнение Бернулли для газов:

^[8] (постоянна вдоль линии тока или линии вихря)

где

 — Адиабатическая постоянная газа

 — давление газа в точке

 — плотность газа в точке

 — скорость течения газа

 — ускорение свободного падения

 — высота относительно начала координат

При движении в неоднородном поле   заменяется на потенциал гравитационного поля.