Atrofimizdagi materiyaning gazsimon holati materiyaning uchta keng tarqalgan shakllaridan biridir. Fizikada agregatsiyaning bu suyuq holati odatda ideal gazning yaqinlashuvida hisobga olinadi. Ushbu taxmindan foydalanib, biz maqolada gazlardagi mumkin bo'lgan izoprotsesslarni tasvirlab beramiz.
Ideal gaz va uni tavsiflovchi universal tenglama
Ideal gaz zarralari oʻlchamlari boʻlmagan va bir-biri bilan oʻzaro taʼsir qilmaydigan gazdir. Shubhasiz, bu shartlarni to'liq qondiradigan bitta gaz yo'q, chunki hatto eng kichik atom - vodorod ham ma'lum hajmga ega. Bundan tashqari, neytral gaz atomlari orasida ham zaif van der Waals o'zaro ta'siri mavjud. Shunda savol tug'iladi: qanday hollarda gaz zarralarining kattaligi va ular orasidagi o'zaro ta'sirni e'tiborsiz qoldirish mumkin? Bu savolga javob quyidagi fizik-kimyoviy shartlarga rioya qilish bo'ladi:
- past bosim (taxminan 1 atmosfera va undan past);
- yuqori haroratlar (xona harorati atrofida va undan yuqori);
- molekulalar va atomlarning kimyoviy inertligigaz.
Agar shartlardan kamida bittasi bajarilmasa, gaz haqiqiy deb hisoblanishi va maxsus Van der Vaals tenglamasi bilan tavsiflanishi kerak.
Izoprotsesslarni o'rganishdan oldin Mendeleyev-Klapeyron tenglamasini ko'rib chiqish kerak. Ideal gaz tenglamasi uning ikkinchi nomidir. Unda quyidagi yozuv bor:
PV=nRT
Ya'ni, u uchta termodinamik parametrni bog'laydi: bosim P, harorat T va hajm V, shuningdek moddaning n miqdori. Bu erda R belgisi gaz konstantasini bildiradi, u 8,314 J / (Kmol) ga teng.
Gazlardagi izoprotsesslar nima?
Bu jarayonlar gazning ikki xil holati (dastlabki va yakuniy) oʻrtasidagi oʻtishlar deb tushuniladi, buning natijasida baʼzi miqdorlar saqlanib qoladi, boshqalari esa oʻzgaradi. Gazlarda uch xil izoprosess mavjud:
- izotermik;
- izobarik;
- izokorik.
Ta’kidlash joizki, ularning barchasi 17-asrning 2-yarmidan 19-asrning 30-yillarigacha boʻlgan davrda eksperimental oʻrganilgan va tavsiflangan. Ushbu eksperimental natijalarga asoslanib, Émil Klapeyron 1834 yilda gazlar uchun universal bo'lgan tenglamani yaratdi. Bu maqola boshqa yoʻl bilan tuzilgan – holat tenglamasini qoʻllash orqali biz ideal gazlardagi izojarayonlar uchun formulalarni olamiz.
Doimiy haroratda oʻtish
Bu izotermik jarayon deyiladi. Ideal gazning holat tenglamasidan kelib chiqadiki, yopiq tizimdagi doimiy mutlaq haroratda mahsulot doimiy bo'lib qolishi kerak.bosim hajmi, ya'ni:
PV=const
Bu munosabat haqiqatan ham Robert Boyl va Edm Mariotte tomonidan 17-asrning ikkinchi yarmida kuzatilgan, shuning uchun hozirda qayd etilgan tenglik ularning nomi bilan atalgan.
Funktsional bogʻliqliklar P(V) yoki V(P), grafik koʻrinishda ifodalangan, giperbolaga oʻxshaydi. Izotermik tajriba o'tkaziladigan harorat qancha yuqori bo'lsa, mahsulot PV shunchalik katta bo'ladi.
Izotermik jarayonda gaz oʻzining ichki energiyasini oʻzgartirmasdan ish olib borib, kengayadi yoki qisqaradi.
Doimiy bosimda oʻtish
Endi izobarik jarayonni o’rganamiz, bu jarayonda bosim doimiy bo’ladi. Bunday o'tishning misoli piston ostidagi gazni isitishdir. Isitish natijasida zarrachalarning kinetik energiyasi ortadi, ular pistonga tez-tez va katta kuch bilan ura boshlaydi, buning natijasida gaz kengayadi. Kengayish jarayonida gaz ba'zi ishlarni bajaradi, uning samaradorligi 40% (monatomik gaz uchun).
Ushbu izoprotsess uchun ideal gazning holat tenglamasi quyidagi munosabatni saqlashi kerakligini aytadi:
V/T=const
Doimiy bosim Klapeyron tenglamasining oʻng tomoniga, harorat esa chap tomonga oʻtkazilsa, buni olish oson. Bu tenglik Charlz qonuni deb ataladi.
Tenglik V(T) va T(V) funksiyalarning grafiklarda toʻgʻri chiziqlarga oʻxshashligini koʻrsatadi. V(T) chiziqning abstsissaga nisbatan qiyaligi qanchalik kichik bo'lsa, bosim shunchalik katta bo'ladi. P.
Doimiy ovoz balandligida oʻtish
Maqolada koʻrib chiqamiz gazlardagi oxirgi izoprotsess izoxorik oʻtishdir. Klapeyron universal tenglamasidan foydalanib, ushbu o'tish uchun quyidagi tenglikni olish oson:
P/T=const
Izokorik oʻtish Gey-Lyusak qonuni bilan tavsiflanadi. Ko'rinib turibdiki, grafik jihatdan P(T) va T(P) funksiyalar to'g'ri chiziqlar bo'ladi. Barcha uchta izoxorik jarayonlar orasida tashqi issiqlik ta'minoti tufayli tizimning haroratini oshirish zarur bo'lsa, izoxorik eng samarali hisoblanadi. Bu jarayon davomida gaz hech qanday ishlamaydi, ya'ni butun issiqlik tizimning ichki energiyasini oshirishga yo'n altiriladi.
