Çevremizdeki maddenin gaz hali, maddenin üç yaygın biçiminden biridir. Fizikte, bu sıvı kümelenme durumu genellikle ideal bir gazın yaklaşımında düşünülür. Bu yaklaşımı kullanarak, makalede gazlardaki olası izoprosesleri açıklıyoruz.
İdeal gaz ve onu tanımlayacak evrensel denklem
İdeal gaz, parçacıkları boyutları olmayan ve birbirleriyle etkileşmeyen gazdır. Açıkçası, en küçük atom - hidrojen bile belirli bir boyuta sahip olduğundan, bu koşulları tam olarak karşılayan tek bir gaz yoktur. Ayrıca, nötr soy gaz atomları arasında bile zayıf bir van der Waals etkileşimi vardır. O zaman şu soru ortaya çıkar: Hangi durumlarda gaz parçacıklarının boyutu ve aralarındaki etkileşim ihmal edilebilir? Bu sorunun cevabı aşağıdaki fiziko-kimyasal koşulların gözetilmesi olacaktır:
- düşük basınç (yaklaşık 1 atmosfer ve altı);
- yüksek sıcaklıklar (oda sıcaklığı ve üzeri civarında);
- moleküllerin ve atomların kimyasal eylemsizliğigaz.
Koşullardan en az biri karşılanmazsa, gaz gerçek kabul edilmeli ve özel bir van der Waals denklemi ile tanımlanmalıdır.
Mendeleev-Clapeyron denklemi, izoprosesleri incelemeden önce düşünülmelidir. İdeal gaz denklemi ikinci adıdır. Aşağıdaki gösterime sahiptir:
PV=nRT
Yani, üç termodinamik parametreyi birbirine bağlar: basınç P, sıcaklık T ve hacim V ve ayrıca maddenin miktarı n. Buradaki R sembolü gaz sabitini belirtir, 8.314 J / (Kmol)'e eşittir.
Gazlardaki izoprosesler nelerdir?
Bu işlemler, gazın iki farklı durumu (ilk ve son) arasındaki geçişler olarak anlaşılır, bunun sonucunda bazı miktarlar korunur ve diğerleri değişir. Gazlarda üç tür izoproses vardır:
- izotermal;
- izobarik;
- izokorik.
Hepsinin 17. yüzyılın ikinci yarısından 19. yüzyılın 30'larına kadar olan süreçte deneysel olarak çalışıldığını ve tanımlandığını belirtmek önemlidir. Bu deneysel sonuçlara dayanarak, 1834'te Émile Clapeyron, gazlar için evrensel olan bir denklem elde etti. Bu makale tam tersi şekilde oluşturulmuştur - durum denklemini uygulayarak ideal gazlarda izoprosesler için formüller elde ederiz.
Sabit sıcaklıkta geçiş
Buna izotermal süreç denir. İdeal bir gazın hal denkleminden, kapalı bir sistemde sabit bir mutlak sıcaklıkta ürünün sabit kalması gerektiği sonucu çıkar.hacimden basınca, yani:
PV=const
Bu ilişki gerçekten de 17. yüzyılın ikinci yarısında Robert Boyle ve Edm Mariotte tarafından gözlemlendi, dolayısıyla şu anda kaydedilen eşitlik onların isimlerini taşıyor.
Fonksiyonel bağımlılıklar P(V) veya V(P), grafik olarak ifade edilir, hiperbollere benzer. İzotermal deneyin gerçekleştirildiği sıcaklık ne kadar yüksek olursa, ürün PV.
o kadar büyük olur.
İzotermal bir süreçte, bir gaz genleşir veya büzülür, iç enerjisini değiştirmeden iş yapar.
Sabit basınçta geçiş
Şimdi basıncın sabit tutulduğu izobarik süreci inceleyelim. Böyle bir geçişe bir örnek, gazın pistonun altında ısınmasıdır. Isınmanın bir sonucu olarak, parçacıkların kinetik enerjisi artar, pistona daha sık ve daha büyük bir kuvvetle çarpmaya başlarlar, bunun sonucunda gaz genişler. Genleşme sürecinde gaz, verimliliği %40 olan (monatomik bir gaz için) bazı işler yapar.
Bu izoproses için, ideal gazın hal denklemi aşağıdaki bağıntının geçerli olması gerektiğini söylüyor:
V/T=const
Sabit basınç Clapeyron denkleminin sağ tarafına ve sıcaklık - sola aktarılırsa elde etmek kolaydır. Bu eşitliğe Charles yasası denir.
Eşitlik, V(T) ve T(V) fonksiyonlarının grafiklerde düz çizgiler gibi göründüğünü gösterir. V(T) doğrusunun apsise göre eğimi ne kadar küçükse, basınç o kadar büyük olacaktır. P.
Sabit hacimde geçiş
Makalede ele alacağımız gazlardaki son izoproses izokorik geçiştir. Evrensel Clapeyron denklemini kullanarak, bu geçiş için aşağıdaki eşitliği elde etmek kolaydır:
P/T=const
İzokorik geçiş Gay-Lussac yasasıyla tanımlanır. Grafiksel olarak P(T) ve T(P) fonksiyonlarının düz çizgiler olacağı görülebilir. Her üç izokorik süreç arasında, dış ısı temini nedeniyle sistemin sıcaklığını artırmak gerekirse, izokorik en verimli olanıdır. Bu işlem sırasında gaz hiçbir iş yapmaz, yani tüm ısı sistemin iç enerjisini arttırmaya yönlendirilecektir.
