Gaz tizimlarining termodinamikasini oʻrganishning asosiy predmeti termodinamik holatlarning oʻzgarishi hisoblanadi. Bunday o'zgarishlar natijasida gaz ishni bajarishi va ichki energiyani saqlashi mumkin. Keling, quyidagi maqolada ideal gazdagi turli termodinamik o'tishlarni o'rganamiz. Izotermik jarayon grafigini o'rganishga alohida e'tibor beriladi.
Ideal gazlar
Nomidan kelib chiqib aytishimiz mumkinki, 100% ideal gazlar tabiatda mavjud emas. Biroq, ko'plab haqiqiy moddalar bu tushunchani amaliy aniqlik bilan qondiradi.
Ideal gaz - bu zarrachalar va ularning o'lchamlari o'rtasidagi o'zaro ta'sirni e'tiborsiz qoldiradigan har qanday gaz. Ikkala shart ham molekulalarning kinetik energiyasi ular orasidagi bog‘larning potentsial energiyasidan ancha katta bo‘lsa va molekulalar orasidagi masofalar zarracha hajmidan ancha katta bo‘lsagina qondiriladi.
Qaysiligini aniqlash uchunAgar o'rganilayotgan gaz ideal bo'lsa, siz oddiy qoidadan foydalanishingiz mumkin: agar tizimdagi harorat xona haroratidan yuqori bo'lsa, bosim atmosfera bosimidan unchalik farq qilmaydi yoki undan kam bo'lsa va tizimni tashkil etuvchi molekulalar. kimyoviy jihatdan inert bo'lsa, gaz ideal bo'ladi.
Asosiy qonun
Gap ideal gaz tenglamasi haqida ketmoqda, uni Klapeyron-Mendeleyev qonuni deb ham ataladi. Bu tenglama XIX asrning 30-yillarida frantsuz muhandisi va fizigi Emil Klapeyron tomonidan yozilgan. Bir necha o'n yillar o'tgach, rus kimyogari Mendeleev uni zamonaviy shaklga keltirdi. Bu tenglama quyidagicha ko'rinadi:
PV=nRT.
Tenglamaning chap tomonida P bosim va V hajmning ko’paytmasi, o’ng tomonida T harorat va n moddaning miqdori ko’paytmasi joylashgan. R - universal gaz doimiysi. T - Kelvinlarda o'lchanadigan mutlaq harorat ekanligini unutmang.
Klapeyron-Mendeleyev qonuni birinchi navbatda oldingi gaz qonunlari natijalaridan olingan, ya'ni u faqat tajriba bazasiga asoslangan. Zamonaviy fizika va suyuqliklarning kinetik nazariyasi rivojlanishi bilan ideal gaz tenglamasini tizim zarrachalarining mikroskopik harakatlarini hisobga olgan holda olish mumkin.
Izotermik jarayon
Bu jarayon gazlar, suyuqliklar yoki qattiq moddalarda sodir boʻlishidan qatʼi nazar, u juda aniq taʼrifga ega. Izotermik o'tish - bu tizimning harorati bo'lgan ikki holat o'rtasidagi o'tishsaqlanib qolgan, ya'ni o'zgarishsiz qoladi. Demak, vaqt (x o'qi) - harorat (y o'qi) o'qlaridagi izotermik jarayonning grafigi gorizontal chiziq bo'ladi.
Ideal gazga kelsak, uning uchun izotermik oʻtish Boyl-Mario qonuni deb ataladi. Bu qonun eksperimental tarzda kashf etilgan. Bundan tashqari, u bu sohada birinchi bo'ldi (17-asrning ikkinchi yarmi). Uni har bir talaba olishi mumkin, agar u gazning yopiq sistemada (n=const) doimiy haroratda (T=const) harakatini hisobga olsa. Holat tenglamasidan foydalanib, biz olamiz:
nRT=const=>
PV=doimiy.
Oxirgi tenglik Boyl-Mariott qonunidir. Fizika darsliklarida uni yozishning ushbu shaklini ham topishingiz mumkin:
P1 V1=P2 V 2.
Izotermik 1-holatdan 2-termodinamik holatga oʻtish jarayonida yopiq gaz tizimi uchun hajm va bosimning mahsuloti oʻzgarmas boʻlib qoladi.
O'rganilayotgan qonun P va V qiymatlari o'rtasidagi teskari proportsionallik haqida gapiradi:
P=const / V.
Demak, ideal gazdagi izotermik jarayonning grafigi giperbola egri chizig’i bo’ladi. Quyidagi rasmda uchta giperbola ko'rsatilgan.
Ularning har biri izoterm deb ataladi. Tizimdagi harorat qancha yuqori bo'lsa, izoterm koordinata o'qlaridan shunchalik uzoqroq bo'ladi. Yuqoridagi rasmdan xulosa qilishimiz mumkinki, yashil rang tizimdagi eng yuqori haroratga, ko'k esa eng past haroratga to'g'ri keladi, agar uchta moddaning miqdori bo'lsa.tizimlari bir xil. Agar rasmdagi barcha izotermlar bir xil harorat uchun qurilgan bo‘lsa, bu yashil egri chiziq moddaning miqdori bo‘yicha eng katta tizimga to‘g‘ri kelishini bildiradi.
Izotermik jarayon davomida ichki energiyaning oʻzgarishi
Ideal gazlar fizikasida ichki energiya molekulalarning aylanish va translatsiya harakati bilan bogʻliq boʻlgan kinetik energiya sifatida tushuniladi. Kinetik nazariyadan ichki energiya U uchun quyidagi formulani olish oson:
U=z / 2nRT.
Bu yerda z - molekulalarning erkin harakatlanish darajalari soni. U 3 (monatomik gaz) dan 6 (ko'p atomli molekulalar) gacha bo'ladi.
Izotermik jarayonda harorat o'zgarmas bo'lib qoladi, ya'ni ichki energiyaning o'zgarishining yagona sababi moddaning zarrachalarining tizimga chiqishi yoki kelishidir. Shunday qilib, yopiq tizimlarda ularning holatining izotermik o'zgarishi paytida ichki energiya saqlanadi.
Izobarik va izoxorik jarayonlar
Boyl-Mariott qonunidan tashqari yana ikkita asosiy gaz qonunlari borki, ular ham eksperimental ravishda kashf etilgan. Ular frantsuz Charlz va Gey-Lyussaklarning ismlarini olib yuradilar. Matematik jihatdan ular shunday yozilgan:
V / T=const qachon P=const;
P / T=const qachon V=const.
Charlz qonunida aytilishicha, izobar jarayon davomida (P=const) hajm mutlaq haroratga chiziqli bogʻliq. Gey-Lyussak qonuni izoxorikda bosim va mutlaq harorat o'rtasidagi chiziqli munosabatni ko'rsatadio'tish (V=const).
Berilgan tengliklardan izobar va izoxorik o’tishlarning grafiklari izotermik jarayondan sezilarli darajada farq qilishi kelib chiqadi. Agar izoterma giperbola shakliga ega bo'lsa, u holda izobar va izoxora to'g'ri chiziqlardir.
Izobarik-izotermik jarayon
Gaz qonunlarini ko'rib chiqayotganda, ba'zan unutiladiki, T, P va V qiymatlaridan tashqari, Klapeyron-Mendeleev qonunidagi n qiymati ham o'zgarishi mumkin. Agar bosim va haroratni tuzatsak, u holda izobarik-izotermik o'tish tenglamasini olamiz:
n / V=const qachon T=const, P=const.
Moddaning miqdori va hajmi o'rtasidagi chiziqli bog'liqlik shuni ko'rsatadiki, bir xil sharoitlarda bir xil miqdordagi moddani o'z ichiga olgan turli gazlar teng hajmlarni egallaydi. Masalan, normal sharoitda (0 oC, 1 atmosfera) har qanday gazning molyar hajmi 22,4 litrni tashkil qiladi. Ko'rib chiqilgan qonun Avogadro printsipi deb ataladi. U D altonning ideal gaz aralashmalari qonuniga asoslanadi.
