Айланабыздагы заттын газ абалында заттын үч таралган формасынын бири болуп саналат. Физикада агрегациянын бул суюктук абалы, адатта, идеалдуу газдын жакындоосунда каралат. Бул жакындоону колдонуу менен биз макалада газдардагы мүмкүн болгон изопроцесстерди сүрөттөп беребиз.
Идеал газ жана аны сүрөттөө үчүн универсалдуу теңдеме
Идеал газ деп бөлүкчөлөрүнүн өлчөмдөрү жок жана бири-бири менен өз ара аракеттенишпеген газ эсептелет. Бул шарттарды толук канааттандыра турган бир да газ жок экени анык, анткени эң кичинекей атомдун – суутектин да белгилүү бир чоңдугу бар. Мындан тышкары, нейтралдуу асыл газ атомдорунун ортосунда алсыз ван дер Ваальс өз ара аракеттенүүсү бар. Анда суроо туулат: кандай учурларда газ бөлүкчөлөрүнүн өлчөмүн жана алардын ортосундагы өз ара аракетти этибарга албай коюуга болот? Бул суроого жооп төмөнкү физикалык-химиялык шарттарды сактоо болот:
- төмөн басым (болжол менен 1 атмосфера жана андан төмөн);
- жогорку температура (бөлмө температурасынын тегерегинде жана андан жогору);
- молекулалардын жана атомдордун химиялык инерттүүлүгүгаз.
Эгерде жок дегенде бир шарт аткарылбаса, анда газ реалдуу деп эсептелип, Ван дер Ваальстин атайын теңдемеси менен сүрөттөлүшү керек.
Изопроцесстерди изилдөөдөн мурун Менделеев-Клапейрон теңдемесин эске алуу керек. Идеалдуу газ теңдемеси анын экинчи аты. Ал төмөнкү белгиге ээ:
PV=nRT
Башкача айтканда, ал үч термодинамикалык параметрди байланыштырат: басым P, температура T жана көлөмү V, ошондой эле заттын саны n. Бул жерде R символу газ константасын билдирет, ал 8,314 Дж / (Kмоль) барабар.
Газдардагы изопроцесстер деген эмне?
Бул процесстер газдын эки түрдүү абалынын (баштапкы жана акыркы) ортосундагы өтүү катары түшүнүлөт, анын натыйжасында кээ бир чоңдуктар сакталып, башкалары өзгөрөт. Газдарда изопроцесстин үч түрү бар:
- изотермиялык;
- изобарикалык;
- изохорикалык.
Алардын баары 17-кылымдын 2-жарымынан 19-кылымдын 30-жылдарына чейинки мезгилде эксперименталдык түрдө изилденип, сүрөттөлгөндүгүн белгилей кетүү маанилүү. Бул эксперименттик натыйжаларга таянып, Эмил Клапейрон 1834-жылы газдар үчүн универсалдуу теңдемени чыгарган. Бул макала тескерисинче курулган – абалдын теңдемесин колдонуу менен идеалдуу газдардагы изопроцесстер үчүн формулаларды алабыз.
Туруктуу температурада өтүү
Бул изотермикалык процесс деп аталат. Идеал газдын абалынын теңдемесинен, жабык системада туруктуу абсолюттук температурада продукт туруктуу бойдон калуусу керек деген жыйынтык чыгат.басымдын көлөмү, б.а.:
PV=const
Бул мамилени Роберт Бойл жана Эдм Мариотт 17-кылымдын экинчи жарымында байкашкан, ошондуктан учурда жазылган теңчилик алардын атын алып жүрөт.
Функционалдык көз карандылыктар P(V) же V(P), графикалык түрдө көрсөтүлөт, гиперболага окшош. Изотермикалык эксперимент жүргүзүлгөн температура канчалык жогору болсо, продукт PV ошончолук чоң болот.
Изотермикалык процессте газ өзүнүн ички энергиясын өзгөртпөстөн, кеңейет же жыйрылат.
Туруктуу басымда өтүү
Эми изобардык процессти изилдеп көрөлү, анын жүрүшүндө басым туруктуу сакталат. Мындай өтүүнүн мисалы поршень астындагы газдын ысытылышы. Ысытуунун натыйжасында бөлүкчөлөрдүн кинетикалык энергиясы жогорулап, алар поршеньге тез-тез жана чоң күч менен уруп баштайт, натыйжада газ кеңейет. Кеңейүү процессинде газ кандайдыр бир иштерди аткарат, анын эффективдүүлүгү 40% түзөт (монатомдуу газ үчүн).
Бул изопроцесс үчүн идеалдуу газдын абалынын теңдемеси төмөнкү катнашты сакташы керектигин айтат:
V/T=const
Эгер туруктуу басым Клапейрон теңдемесинин оң жагына, ал эми температура сол тарапка өткөрүлсө, аны алуу оңой. Бул теңдик Чарльздын мыйзамы деп аталат.
Теңдик V(T) жана T(V) функцияларынын графиктердеги түз сызыктарга окшош экенин көрсөтөт. V(T) сызыгынын абсциссага салыштырмалуу эңкейиши канчалык кичине болсо, басым ошончолук чоң болот. Б.
Туруктуу үн деңгээлинде өтүү
Газдардагы акыркы изопроцесс, аны биз макалада карап чыгабыз, бул изохоралык өтүү. Универсалдуу Клапейрон теңдемесин колдонуу менен бул өтүү үчүн төмөнкү теңчиликти алуу оңой:
P/T=const
Изохоралык өтүү Гей-Люссак мыйзамы менен сүрөттөлөт. Графикалык жактан P(T) жана T(P) функциялары түз сызыктар болоорун көрүүгө болот. Бардык үч изохоралык процесстердин ичинен изохоралык процесс эң эффективдүү болуп саналат, эгерде тышкы жылуулуктун берилишинен системанын температурасын жогорулатуу зарыл болсо. Бул процесс учурунда газ эч кандай иштебейт, башкача айтканда, бардык жылуулук системанын ички энергиясын жогорулатууга багытталат.
