Газдар, термодинамика көз карашынан алганда, макроскопиялык мүнөздөмөлөрдүн жыйындысы менен сүрөттөлөт, алардын негизгиси температура, басым жана көлөм. Бул параметрлердин биринин туруктуулугу жана калган экөөнүн өзгөрүшү газда тигил же бул изопроцесстин жүрүп жатканын көрсөтөт. Биз бул макаланы бул изохоралык процесс, анын газ системасынын абалындагы изотермиялык жана изобардык өзгөрүүлөрдөн кандай айырмасы бар деген суроолорго кеңири жооп берүүгө арнайбыз.
Физикада идеалдуу газ
Бул изохоралык процесс деген суроого жооп берүүдөн мурун идеалдуу газ түшүнүгүн жакшыраак билип алышыңыз керек. Физикада аны түзүүчү бөлүкчөлөрдүн орточо кинетикалык энергиясы алардын өз ара аракеттешүүсүнүн потенциалдык энергиясынан алда канча ашкан жана бул бөлүкчөлөрдүн ортосундагы аралыктар алардын сызыктуу өлчөмдөрүнөн бир нече ирет чоңураак болгон ар кандай газ деп түшүнүлөт. Белгиленген шарттарда, бул ишке ашырууда мүмкүнэсептөөлөр бөлүкчөлөрдүн ортосундагы өз ара аракеттенүү энергиясын эске албайт (ал нөлгө барабар), ошондой эле бөлүкчөлөр белгилүү бир массасы m болгон материалдык чекиттер деп да болжолдоого болот.
Идеал газда боло турган жалгыз процесс – бул затты камтыган идиштин дубалдары менен бөлүкчөлөрдүн кагылышуусу. Бул кагылышуулар иш жүзүндө газда белгилүү басымдын болушу катары көрүнөт P.
Эреже катары, салыштырмалуу химиялык инерттүү молекулалардан турган жана төмөнкү басымга жана жогорку температурага ээ болгон ар кандай газ түрүндөгү заттарды практикалык эсептөөлөр үчүн жетиштүү тактык менен идеалдуу газ катары кароого болот.
Идеалдуу газды сүрөттөгөн теңдеме
Албетте, кеп Клапейрон-Менделеевдин универсалдуу мыйзамы жөнүндө болуп жатат, бул изохоралык процесс экенин түшүнүү үчүн аны жакшы түшүнүү керек. Ошентип, абалдын универсалдуу теңдемеси төмөнкү формага ээ:
PV=nRT.
Башкача айтканда, басымдын P менен газдын көлөмүнүн V көбөйтүлүшү абсолюттук температура T менен заттын n моль өлчөмүнүн көбөйтүлүшүнө барабар, мында R пропорционалдык фактор. Теңдеменин өзү биринчи жолу 1834-жылы Эмиль Клапейрон тарабынан жазылган жана 19-кылымдын 70-жылдарында Д. Менделеев анда бир универсалдуу газ константасынын R (8,314 Дж/(мольК) туруктуу маанилеринин жыйындысын алмаштырган.)).
Клапейрон-Менделеев теңдемесине ылайык, жабык системада газ бөлүкчөлөрүнүн саны туруктуу бойдон калат, ошондуктан өзгөрө турган үч гана макроскопиялык параметр бар (T, Pжана V). Акыркы факты төмөндө талкуулана турган ар кандай изопроцесстерди түшүнүүнүн негизин түзөт.
Изохоралык процесс деген эмне?
Бул процесс анын көлөмү сакталып турган системанын абалынын таптакыр өзгөрүшү деп түшүнүлөт.
Абалдын универсалдуу теңдемесине кайрылсак, изохоралык процессте газда басым менен абсолюттук температура гана өзгөрөт деп айта алабыз. Термодинамикалык параметрлердин кантип өзгөрөрүн так түшүнүү үчүн биз тиешелүү математикалык туюнтманы жазабыз:
P / T=const.
Кээде бул теңчилик бир аз башкача түрдө берилет:
P1 / T1=P2 / T 2.
Эки теңдик тең 18-кылымдын аягында белгиленген көз карандылыкты эксперименталдык жол менен алган француз окумуштуусунун атынан Шарль мыйзамы деп аталат.
Эгер P(T) функциясынын графигин түзсөк, анда түз сызык көз карандылыгын алабыз, ал изохора деп аталат. Бардык изохоралар (n жана V бардык маанилери үчүн) түз сызык.
Процесстин энергия сүрөттөмөсү
Белгиленгендей изохоралык процесс – бул жабык, бирок изоляцияланбаган системада болгон системанын абалынын өзгөрүшү. Газ менен айлана-чөйрөнүн ортосундагы жылуулук алмашуу мүмкүнчүлүгү жөнүндө сөз болуп жатат. Жалпысынан, системага Q жылуулук берүү эки натыйжага алып келет:
- ички энергияны өзгөртөт U;
- газА иштейт, кеңейүүдө же кыскарууда.
Акыркы корутунду математикалык түрдө төмөнкүчө жазылган:
Q=U + A.
Идеал газдын изохоралык процесси анын аныктамасы боюнча газ аткарган жумушту билдирбейт, анткени анын көлөмү өзгөрүүсүз калат. Бул системага берилген бардык жылуулук анын ички энергиясын көбөйтүүгө кетет дегенди билдирет:
Q=U.
Эгер бул туюнтмага ички энергиянын ачык формуласын алмаштырсак, анда изохоралык процесстин жылуулугун төмөнкүчө чагылдырууга болот:
Q=z / 2nRT.
Бул жерде z - газды түзгөн молекулалардын көп атомдуу табияты менен аныкталуучу эркиндик даражаларынын саны. Бир атомдуу газ үчүн z=3, эки атомдуу газ үчүн - 5, үч атомдук жана андан көп үчүн - 6. Бул жерде эркиндик даражасында биз которуу жана айлануу даражаларын түшүнөбүз.
Эгерде изохоралык жана изобардык процесстерде газ системасын ысытуунун эффективдүүлүгүн салыштыра турган болсок, анда биринчи учурда биз максималдуу эффективдүүлүктү алабыз, анткени системанын абалынын изобардык өзгөрүүсү учурунда газ кеңейет жана жылуулуктун бир бөлүгү жумуш аткарууга жумшалат.
Изобарикалык процесс
Жогоруда биз бул изохоралык процесс экенин кеңири сүрөттөп бердик. Эми башка изопроцесстер жөнүндө бир нече сөз айта кетели. Изобарикалык менен баштайлы. Аталышынын негизинде системанын туруктуу басымдагы абалдардын ортосунда өтүшү деп түшүнүлөт. Бул процесс Гей-Люссак мыйзамында төмөнкүчө сүрөттөлөт:
V / T=const.
Изохорада болгондой, V(T) изобары да графикте түз сызыкты билдирет.
үчүнар кандай изобардык процесстин учурунда газ аткарган жумушту эсептөө ыңгайлуу, анткени ал туруктуу басымдын жана көлөмдүн өзгөрүүсүнө барабар.
Изотермикалык процесс
Бул системанын температурасы туруктуу болгон процесс. Бул идеалдуу газ үчүн Бойл-Мариотт мыйзамы менен сүрөттөлөт. Белгилей кетчү нерсе, бул биринчи эксперименталдык түрдө ачылган газ мыйзамы (17-кылымдын экинчи жарымы). Анын математикалык белгиси мындай көрүнөт:
PV=const.
Изохоралык жана изотермиялык процесстер графикалык чагылдырылышы боюнча айырмаланат, анткени P(V) функциясы сызыктуу байланыш эмес, гипербола.
Маселени чечүү мисалы
Макалада берилген теориялык маалыматтарды практикалык маселени чечүү үчүн аларды колдонуу менен бириктирели. Белгилүү болгондой, таза газ түрүндөгү азот цилиндрде 1 атмосфера басымында жана 25°С температурада болгон. Газ баллонду ысытып, андагы басымды өлчөгөндөн кийин 1,5 атмосфера болуп чыкты. Жылыткандан кийин баллондогу газдын температурасы кандай болот? Шарда 4 моль азот болгондо газдын ички энергиясы канчага өзгөргөн.
Биринчи суроого жооп берүү үчүн биз төмөнкү сөз айкашын колдонобуз:
P1 / T1=P2 / T 2.
Кайдан алабыз:
T2=P2 / P1 T 1.
Бул туюнтмада басымды ыктыярдуу бирдиктерге алмаштырууга болотөлчөөлөр, анткени алар кичирейип баратат жана температура кельвинде гана. Муну менен биз: алабыз
T2=1,5 /1298,15=447,224 K.
Цельсий боюнча эсептелген температура 174 °C.
Азот молекуласы эки атомдуу болгондуктан, ысытуу учурунда анын ички энергиясынын өзгөрүшүн төмөнкүчө аныктоого болот:
ΔU=5 / 2nRΔT.
Белгилүү маанилерди бул туюнтмага алмаштыруу менен маселенин экинчи суроосуна жооп алабыз: ΔU=+12,4 кДж.
