Параметры вещества в любом состоянии связаны друг с другом уравнением состояния, вид которого в большинстве случаев неизвестен. Лишь для газов, частицы которых достаточно далеки друг от друга и почти не взаимодействуют, такое уравнение известно сравнительно точно.
Рассмотрим газ, находящийся в некотором замкнутом объеме (рис. 1.1), т.е. параметры которого (температура, давление, плотность) одинаковы по всему объему и неизменны. Такая система называется равновесной. Если медленно уменьшать объем системы, поддерживая при этом постоянной ее температуру, можно увидеть, что давление газа в системе растет, причем если обозначить первоначальные значения давления и объема как P0 и V0, а конечные — как P1 и V1, то можно сделать вывод, что произведение давления и объема газа есть постоянная величина для любой точки процесса. То есть P0V0 = P1V1 = const при T=const.
Рис. 1.1. Изотермическое сжатие
Это соотношение носит название закона Бойля-Мариотта и формулируется так: произведение объема данной массы газа на его давление есть величина постоянная при неизменной температуре.
Примечания:
Процесс, протекающий при постоянной температуре, называется изотермическим. Реальный процесс сжатия газа, например, в компрессоре, не является изотермическим — уменьшение объема и увеличение давления сопровождается ростом температуры. Однако, если сжатый газ охладить до температуры, которую он имел до сжатия, можно будет увидеть, что для начальных и конечных значений объема и давления закона Бойля-Мариотта соблюдается.
Если изобразить изотермический процесс сжатия газа в виде графика, на одной оси которого будет отсчитываться объем, а на другой — давление (так называемая pV-диаграмма - рис. 1.2), то проявление закона Бойля-Мариотта состоит в том, что точки этого графика представляют собой множество вершин прямоугольников равной площади:
Рис. 1.2. PV-диаграмма
