Definitsioonide tundmine füüsikas on võtmetegur erinevate füüsikaliste probleemide edukaks lahendamiseks. Artiklis vaatleme, mida mõeldakse ideaalse gaasisüsteemi puhul isobaariliste, isohooriliste, isotermiliste ja adiabaatilise protsesside all.
Ideaalne gaas ja selle võrrand
Enne isobaariliste, isohooriliste ja isotermiliste protsesside kirjeldamist mõelgem, milline on ideaalne gaas. Selle füüsika määratluse kohaselt peavad nad süsteemi, mis koosneb suurest hulgast mõõtmeteta ja mitteinterakteeruvatest osakestest, mis liiguvad suurel kiirusel kõigis suundades. Tegelikult räägime aine gaasilisest agregaatolekust, milles aatomite ja molekulide vahelised kaugused ületavad tunduv alt nende suurusi ning mille puhul jäetakse osakeste potentsiaalne interaktsiooni energia selle väiksuse tõttu tähelepanuta, võrreldes kineetilise energiaga.
Ideaalse gaasi olek on selle termodünaamiliste parameetrite kogum. Peamised on temperatuur, maht ja rõhk. Tähistame neid vastav alt tähtedega T, V ja P. XIX sajandi 30ndatelClapeyron (prantsuse teadlane) kirjutas kõigepe alt üles võrrandi, mis ühendab näidatud termodünaamilised parameetrid ühes võrdsuses. See näeb välja selline:
PV=nRT,
kus n ja R on vastav alt ainete kogus ja gaasikonstant.
Mis on isoprotsessid gaasides?
Nagu paljud on märganud, kasutavad isobaarilised, isohoorilised ja isotermilised protsessid oma nimedes sama "iso" eesliidet. See tähendab ühe termodünaamilise parameetri võrdsust kogu protsessi läbimise ajal, samal ajal kui ülejäänud parameetrid muutuvad. Näiteks isotermiline protsess näitab, et selle tulemusel hoitakse süsteemi absoluutne temperatuur konstantsena, samas kui isohooriline protsess näitab konstantset mahtu.
Isoprotsesse on mugav uurida, kuna ühe termodünaamilise parameetri fikseerimine viib gaasi oleku üldvõrrandi lihtsustamiseni. Oluline on märkida, et kõigi nende isoprotsesside gaasiseadused avastati eksperimentaalselt. Nende analüüs võimaldas Clapeyronil saada redutseeritud universaalvõrrandi.
Isobaarilised, isohoorilised ja isotermilised protsessid
Esimene seadus avastati ideaalses gaasis toimuva isotermilise protsessi kohta. Nüüd nimetatakse seda Boyle-Mariotte'i seaduseks. Kuna T ei muutu, tähendab olekuvõrrand võrdsust:
PV=konst.
Teisisõnu põhjustab igasugune rõhumuutus süsteemis selle mahu pöördvõrdelise muutuse, kui gaasi temperatuur hoitakse konstantsena. Funktsiooni P(V) graafik onhüperbool.
Isobaarne protsess – see on süsteemi oleku muutumine, mille puhul rõhk jääb konstantseks. Olles fikseerinud P väärtuse Clapeyroni võrrandis, saame järgmise seaduse:
V/T=konst.
See võrdsus kannab prantsuse füüsiku Jacques Charlesi nime, kes sai selle 18. sajandi lõpus. Isobar (funktsiooni V(T) graafiline esitus) näeb välja nagu sirgjoon. Mida suurem on rõhk süsteemis, seda kiiremini see joon tõuseb.
Isobaarilist protsessi on lihtne rakendada, kui gaasi kuumutatakse kolvi all. Viimaste molekulid suurendavad oma kiirust (kineetiline energia), tekitavad kolvile suurema rõhu, mis viib gaasi paisumiseni ja konstantse väärtuse P säilitamiseni.
Lõpuks on kolmas isoprotsess isohooriline. See töötab püsiva helitugevusega. Olekuvõrrandist saame vastava võrrandi:
P/T=konst.
Füüsikute seas teatakse seda Gay-Lussaci seadusena. Otsene proportsionaalsus rõhu ja absoluutse temperatuuri vahel näitab, et isohoorilise protsessi graafik, nagu ka isobaari graafik, on positiivse kaldega sirgjoon.
Oluline on mõista, et kõik isoprotsessid toimuvad suletud süsteemides, see tähendab, et n väärtus säilib nende käigus.
Adiabaatiline protsess
See protsess ei kuulu kategooriasse "iso", kuna kõik kolm termodünaamilist parameetrit muutuvad selle läbimise ajal. adiabaatilinenimetatakse üleminekuks süsteemi kahe oleku vahel, mille käigus see ei vaheta soojust keskkonnaga. Seega toimub süsteemi laienemine selle sisemiste energiavarude tõttu, mis toob kaasa rõhu ja absoluutse temperatuuri olulise languse selles.
Ideaalse gaasi adiabaatilist protsessi kirjeldatakse Poissoni võrranditega. Üks neist on näidatud allpool:
PVγ=const,
kus γ on soojusmahtuvuse suhe konstantsel rõhul ja konstantsel ruumalal.
Adiabaatiline graaf erineb isohoorse protsessi graafikust ja isobaarilisest graafikust, kuid sarnaneb hüperbooliga (isotermiga). P-V telgede adiabaat käitub teravam alt kui isoterm.
