Gazlar, termodinamika nuqtai nazaridan, makroskopik xususiyatlar to'plami bilan tavsiflanadi, ularning asosiylari harorat, bosim va hajmdir. Ushbu parametrlardan birining doimiyligi va qolgan ikkitasining o'zgarishi gazda u yoki bu izoprosessning sodir bo'lishini ko'rsatadi. Biz ushbu maqolani bu izoxorik jarayon ekanligi, uning gaz tizimining holatlaridagi izotermik va izobar o'zgarishlardan qanday farq qilishi haqidagi savollarga batafsil javob berishga bag'ishlaymiz.
Fizikada ideal gaz
Bu izoxorik jarayon degan savolga javob berishdan oldin ideal gaz tushunchasini yaxshiroq bilib olishingiz kerak. Fizikada uni tashkil etuvchi zarrachalarning o'rtacha kinetik energiyasi ularning o'zaro ta'sirining potentsial energiyasidan ancha yuqori bo'lgan har qanday gaz tushuniladi va bu zarralar orasidagi masofalar ularning chiziqli o'lchamlaridan bir necha marta kattaroqdir. Belgilangan sharoitlarda, amalga oshirilganda mumkinhisob-kitoblarda zarralar orasidagi o'zaro ta'sir energiyasi hisobga olinmaydi (u nolga teng), shuningdek, zarralar ma'lum bir massaga ega bo'lgan moddiy nuqtalar deb taxmin qilish mumkin m.
Ideal gazda sodir boʻladigan yagona jarayon zarrachalarning modda boʻlgan idish devorlari bilan toʻqnashishidir. Bu to'qnashuvlar amalda gazda ma'lum bosimning mavjudligi sifatida namoyon bo'ladi P.
Qoidaga koʻra, nisbatan kimyoviy inert molekulalardan tashkil topgan, past bosim va yuqori haroratga ega boʻlgan har qanday gazsimon modda amaliy hisob-kitoblar uchun yetarli darajada aniqlikka ega ideal gaz hisoblanishi mumkin.
Ideal gazni tavsiflovchi tenglama
Albatta, gap Klapeyron-Mendeleyevning universal qonuni haqida ketmoqda, bu izoxorik jarayon ekanligini tushunish uchun uni yaxshi tushunish kerak. Shunday qilib, universal holat tenglamasi quyidagi ko'rinishga ega:
PV=nRT.
Ya'ni, P bosimi va gaz hajmi V ko'paytmasi absolyut harorat T va moldagi moddaning n miqdori ko'paytmasiga teng, bu erda R - proportsionallik omili. Tenglamaning o'zi birinchi marta 1834 yilda Emil Klapeyron tomonidan yozilgan bo'lib, 19-asrning 70-yillarida D. Mendeleyev unda yagona universal gaz konstantasi R (8,314 J/(molK) ning doimiy qiymatlari to'plamini almashtirgan.)).
Klapeyron-Mendeleyev tenglamasiga muvofiq, yopiq tizimda gaz zarralari soni doimiy bo'lib qoladi, shuning uchun faqat uchta makroskopik parametr o'zgarishi mumkin (T, P).va V). Oxirgi fakt quyida muhokama qilinadigan turli izojarayonlarni tushunishga asoslanadi.
Izoxorik jarayon nima?
Bu jarayon tizim holatining mutlaqo oʻzgarishi, uning hajmi saqlanib qolishi tushuniladi.
Holatning universal tenglamasiga murojaat qilsak, izoxorik jarayonda gazda faqat bosim va mutlaq harorat oʻzgarishini aytishimiz mumkin. Termodinamik parametrlarning qanday o'zgarishini aniq tushunish uchun biz tegishli matematik ifodani yozamiz:
P / T=doimiy.
Ba'zida bu tenglik biroz boshqacha shaklda beriladi:
P1 / T1=P2 / T 2.
Ikkala tenglik 18-asr oxirida qayd etilgan qaramlikni eksperimental ravishda olgan frantsuz olimi nomi bilan Charlz qonuni deb ataladi.
Agar P(T) funksiyaning grafigini tuzadigan bo’lsak, u holda to’g’ri chiziqli bog’liqlikni olamiz, bu izoxora deb ataladi. Har qanday izoxora (n va V ning barcha qiymatlari uchun) toʻgʻri chiziqdir.
Jarayonning energiya tavsifi
Ta'kidlanganidek, izoxorik jarayon - bu tizim holatining yopiq, lekin izolyatsiyalanmagan tizimda sodir bo'ladigan o'zgarishi. Biz gaz va atrof-muhit o'rtasida issiqlik almashinuvi imkoniyati haqida gapiramiz. Umuman olganda, tizimni Q issiqlik bilan ta'minlash ikkita natijaga olib keladi:
- ichki energiyani o'zgartiradi U;
- gazA ishini kengaytiradi yoki qisqartiradi.
Oxirgi xulosa matematik tarzda quyidagicha yoziladi:
Q=U + A.
Ideal gazning izoxorik jarayoni, ta'rifiga ko'ra, gaz bajargan ishni anglatmaydi, chunki uning hajmi o'zgarishsiz qoladi. Bu shuni anglatadiki, tizimga berilgan barcha issiqlik uning ichki energiyasini oshirishga ketadi:
Q=U.
Agar ichki energiyaning aniq formulasini ushbu ifodaga almashtirsak, izoxorik jarayonning issiqligini quyidagicha ifodalash mumkin:
Q=z / 2nRT.
Bu erda z - gazni tashkil etuvchi molekulalarning ko'p atomli tabiati bilan belgilanadigan erkinlik darajalari soni. Bir atomli gaz uchun z=3, ikki atomli gaz uchun - 5, uch atomli va undan ko'p - 6. Bu erda erkinlik darajalari ostida biz translatsiya va aylanish darajalarini nazarda tutamiz.
Agar biz izoxorik va izobar jarayonlarda gaz tizimini isitish samaradorligini solishtirsak, unda birinchi holatda biz maksimal samaraga erishamiz, chunki tizim holatining izobarik o'zgarishi paytida gaz kengayadi va issiqlik sarfining bir qismi ishni bajarishga sarflanadi.
Izobarik jarayon
Yuqorida biz bu izoxorik jarayon ekanligini batafsil bayon qildik. Endi boshqa izoprotsesslar haqida bir necha so'z aytaylik. Keling, izobarikdan boshlaylik. Nomga asoslanib, bu tizimning doimiy bosimdagi holatlar o'rtasida o'tishi sifatida tushuniladi. Bu jarayon Gey-Lyusak qonunida quyidagicha tasvirlangan:
V / T=const.
Izoxorada boʻlgani kabi, V(T) izobar ham grafikdagi toʻgʻri chiziqni ifodalaydi.
uchunhar qanday izobarik jarayonda gaz bajargan ishni hisoblash qulay, chunki u doimiy bosim va hajm oʻzgarishi mahsulotiga teng.
Izotermik jarayon
Bu tizim harorati doimiy boʻlib qoladigan jarayon. Bu ideal gaz uchun Boyl-Mariott qonuni bilan tavsiflanadi. Shunisi e'tiborga loyiqki, bu eksperimental ravishda kashf etilgan birinchi gaz qonuni (17-asrning ikkinchi yarmi). Uning matematik yozuvi quyidagicha ko'rinadi:
PV=doimiy.
Izoxorik va izotermik jarayonlar grafik tasviri jihatidan farq qiladi, chunki P(V) funksiya chiziqli munosabat emas, giperbolikdir.
Muammo yechishga misol
Maqolada keltirilgan nazariy ma'lumotlarni amaliy masalani hal qilishda qo'llash orqali birlashtiramiz. Ma'lumki, sof gazsimon azot silindrda 1 atmosfera bosimi va 25 ° S haroratda bo'lgan. Gaz ballonini qizdirib, undagi bosim o‘lchangandan so‘ng u 1,5 atmosfera bo‘lib chiqdi. Isitishdan keyin silindrdagi gazning harorati qanday bo'ladi? Agar sharda 4 mol azot bo'lsa, gazning ichki energiyasi qanday miqdorga o'zgargan.
Birinchi savolga javob berish uchun biz quyidagi iboradan foydalanamiz:
P1 / T1=P2 / T 2.
Qaerdan olamiz:
T2=P2 / P1 T 1.
Bu ifodada bosim ixtiyoriy birliklarga almashtirilishi mumkino'lchovlar, chunki ular qisqaradi va harorat faqat kelvinlarda. Shu bilan biz quyidagilarni olamiz:
T2=1,5 /1298,15=447,224 K.
Selsiy boʻyicha hisoblangan harorat 174 °C.
Azot molekulasi ikki atomli boʻlgani uchun qizdirish jarayonida uning ichki energiyasining oʻzgarishini quyidagicha aniqlash mumkin:
DU=5 / 2nRDT.
Ma'lum qiymatlarni ushbu ifodaga almashtirsak, masalaning ikkinchi savoliga javob olamiz: DU=+12,4 kJ.
