Termodinamika fizikaning muhim boʻlimi boʻlib, termodinamik tizimlarni muvozanat holatida yoki unga moyillik bilan oʻrganadi va tavsiflaydi. Termodinamikaning tenglamalari yordamida qandaydir boshlang'ich holatdan yakuniy holatga o'tishni tasvirlay olish uchun kvazistatik jarayonning yaqinlashuvini amalga oshirish kerak. Bu qanday taxminiy va bu jarayonlarning turlari qanday, biz ushbu maqolada ko'rib chiqamiz.
Kvazistatik jarayon deganda nima tushuniladi?
Ma'lumki, termodinamika tizim holatini tavsiflash uchun eksperimental tarzda o'lchanadigan makroskopik xususiyatlar to'plamidan foydalanadi. Bularga bosim P, hajm V va mutlaq harorat T kiradi. Agar ma'lum bir vaqtda o'rganilayotgan tizim uchun uchta kattalik ham ma'lum bo'lsa, ular uning holati aniqlangan deb aytishadi.
Kvazstatik jarayon tushunchasi ikki holat oʻrtasida oʻtishni nazarda tutadi. Ushbu o'tish davrida,Tabiiyki, tizimning termodinamik xarakteristikalari o'zgaradi. Agar o'tish davom etayotgan vaqtning har bir momentida tizim uchun T, P va V ma'lum bo'lsa va u o'zining muvozanat holatidan uzoq bo'lmasa, u holda kvazstatik jarayon sodir bo'ladi, deymiz. Boshqacha qilib aytganda, bu jarayon muvozanat holatlari to'plami o'rtasidagi ketma-ket o'tishdir. Uning fikricha, tizimga tashqi ta'sir unchalik katta emas, shuning uchun u tezda muvozanatga kelishi uchun vaqt topadi.
Haqiqiy jarayonlar kvazistatik emas, shuning uchun ko'rib chiqilayotgan tushuncha ideallashtiriladi. Masalan, gazni kengaytirganda yoki siqganda, unda turbulent o'zgarishlar va to'lqin jarayonlari mavjud bo'lib, ularning susayishi uchun biroz vaqt talab etiladi. Shunga qaramay, bir qator amaliy holatlarda, zarrachalari yuqori tezlikda harakatlanadigan gazlar uchun muvozanat tezda o'rnatiladi, shuning uchun ulardagi holatlar orasidagi turli o'tishlarni yuqori aniqlik bilan kvazistatik deb hisoblash mumkin.
Holat tenglamasi va gazlardagi jarayonlar turlari
Gaz materiyaning termodinamikada oʻrganish uchun qulay agregat holatidir. Buning sababi shundaki, uni tavsiflash uchun yuqoridagi uchta termodinamik miqdorni bog'laydigan oddiy tenglama mavjud. Bu tenglama Klapeyron-Mendeleyev qonuni deb ataladi. Bu shunday ko'rinadi:
PV=nRT
Ushbu tenglamadan foydalanib, barcha turdagi izoprotsesslar va adiabatik oʻtish vaizobar, izoterm, izoxora va adiabaning grafiklari tuziladi. Tenglikda n - tizimdagi moddaning miqdori, R - barcha gazlar uchun doimiy. Quyida barcha qayd etilgan kvazistatik jarayonlar turlarini ko'rib chiqamiz.
Izotermik oʻtish
U birinchi marta 17-asr oxirida turli gazlar misolida oʻrganilgan. Tegishli tajribalar Robert Boyl va Edm Mariotte tomonidan amalga oshirildi. Olimlar quyidagi natijaga erishdilar:
PV=const qachon T=const
Agar siz tizimdagi bosimni oshirsangiz, tizim doimiy haroratni saqlab tursa, uning hajmi shu ortishga mutanosib ravishda kamayadi. Bu qonunni holat tenglamasidan oʻzingiz chiqarish oson.
Grafikdagi izoterma P va V oʻqlariga yaqinlashuvchi giperbola.
Izobarik va izoxorik oʻtishlar
Gazlardagi izobarik (doimiy bosimda) va izoxorik (doimiy hajmda) oʻtishlar 19-asr boshlarida oʻrganilgan. Ularni o'rganish va tegishli qonunlarni ochishda fransuz Jak Sharl va Gey-Lyussakning xizmatlari katta. Ikkala jarayon ham matematik tarzda quyidagicha ifodalangan:
V/T=const qachon P=const;
P/T=const qachon V=const
Agar mos parametr konstantasini oʻrnatsak, ikkala ifoda ham holat tenglamasidan kelib chiqadi.
Biz ushbu oʻtishlarni maqolaning bitta bandi ostida birlashtirdik, chunki ular bir xil grafik tasvirga ega. Izotermdan farqli o'laroq, izobar va izoxora to'g'ri chiziqlardirmos ravishda hajm va harorat va bosim va harorat o'rtasidagi to'g'ridan-to'g'ri proportsionallikni ko'rsating.
Adiabatik jarayon
U ta'riflangan izojarayonlardan atrof-muhitdan to'liq issiqlik izolyatsiyasida davom etishi bilan farq qiladi. Adiyabatik o'tish natijasida gaz atrof-muhit bilan issiqlik almashinuvisiz kengayadi yoki qisqaradi. Bunday holda, uning ichki energiyasida mos keladigan o'zgarish sodir bo'ladi, ya'ni:
dU=- PdV
Adiabatik kvazistatik jarayonni tavsiflash uchun ikkita miqdorni bilish muhim: izobar CP va izoxorik CVissiqlik sig’imi. CP qiymati izobarik kengayish vaqtida uning haroratini 1 K ga oshirishi uchun tizimga qancha issiqlik berilishi kerakligini bildiradi. CV qiymati bir xil ma'noni anglatadi, faqat doimiy hajmli isitish uchun.
Ideal gaz uchun bu jarayon uchun tenglama Puasson tenglamasi deyiladi. U P va V parametrlarida quyidagicha yoziladi:
PVg=const
Bu yerda g parametri adiabatik daraja deyiladi. Bu CP va CV nisbatiga teng. Bir atomli gaz uchun g=1,67, ikki atomli gaz uchun - 1,4, agar gaz murakkabroq molekulalar tomonidan hosil qilingan bo'lsa, u holda g=1,33.
Adiabatik jarayon faqat oʻzining ichki energiya resurslari hisobiga sodir boʻlganligi sababli, P-V oʻqlaridagi adiabatik grafik izoterm grafigiga qaraganda keskinroq harakat qiladi.(giperbola).
