Izobár, izochorikus, izotermikus és adiabatikus folyamatok ideális gázhoz

A fizika definícióinak ismerete kulcsfontosságú tényező a különböző fizikai problémák sikeres megoldásához. A cikkben megvizsgáljuk, hogy mit jelent az izobár, izochorikus, izotermikus és adiabatikus folyamatok egy ideális gázrendszer számára.

Ideális gáz és egyenlete

Mielőtt folytatnánk az izobár, izochorikus és Izotermikus folyamatok leírását, nézzük meg, mi az ideális gáz. Ez a meghatározás a fizikában olyan rendszernek tekinthető, amely hatalmas számú dimenzió nélküli és nem kölcsönhatásban lévő részecskéből áll, amelyek nagy sebességgel mozognak minden irányban. Valójában az anyag gáz aggregált állapotáról beszélünk, amelyben az atomok és a molekulák közötti távolság sokkal nagyobb, mint a méretük, és amelyben a részecskék kölcsönhatásának potenciális energiája elhanyagolható a kicsiség miatt, összehasonlítva a kinetikus energiával.

Az ideális gáz állapotát termodinamikai paramétereinek összességének nevezzük. A legfontosabbak a hőmérséklet, a térfogat és a nyomás. Jelöljük őket T, V, illetve P betűkkel. Század 30-as éveiben Clapeyron (francia tudós) először írt le egy egyenletet, amely egyesíti ezeket a termodinamikai paramétereket egyetlen egyenlőségen belül. Ez a formája:

P * V = n * R * T,

ahol n és R az anyagok mennyisége és gázállandó.

Mik azok az izoprocesszorok a gázokban?

Mint sokan észrevették, az izobár, izochorikus és Izotermikus folyamatok ugyanazt az előtagot használják a nevükben "művészet". Ez egy termodinamikai paraméter egyenlőségét jelenti a teljes folyamat áthaladása során, míg a többi paraméter megváltozik. Például egy izotermikus folyamat azt jelzi, hogy ennek eredményeként , az abszolút hőmérséklet a rendszer állandó marad, az izochorikus folyamat pedig a térfogat állandóságát jelzi.

Az izoprocesszorokat kényelmes tanulmányozni, mivel az egyik termodinamikai paraméter rögzítése a gáz állapotának általános egyenletének egyszerűsítéséhez vezet. Fontos megjegyezni, hogy mindezen izoprocesszorok gáztörvényeit kísérletileg fedezték fel. Elemzésük lehetővé tette Clapeyron számára, hogy megkapja a redukált univerzális egyenletet.

Izobár, izochorikus és Izotermikus folyamatok

Az első törvényt egy ideális gáz izotermikus folyamatára fedezték fel. Ma Boyle-Marriott törvénynek hívják. Mivel T nem változik, az állapotegyenlet magában foglalja az egyenlőséget:

P * V = const.

Más szavakkal, a rendszer nyomásának bármilyen változása fordítottan arányos térfogatváltozáshoz vezet, ha a gáz hőmérsékletét állandó értéken tartják. A függvény grafikonja P (V) egy hiperbola.

Az izobár folyamat a rendszer állapotának változása, amelyben a nyomás állandó marad. Miután rögzítettük a P értékét a Clapeyron egyenletben, a következő törvényt kapjuk:

V / T = const.

Ez az egyenlőség Jacques Charles francia fizikus nevét viseli,aki a XVIII. Az izobár(a V (T) függvény grafikus ábrázolása) egyenes vonalnak tűnik. Minél nagyobb a nyomás a rendszerben, annál gyorsabban növekszik ez a vonal.

Az izobár folyamat könnyen elvégezhető, ha a gázt a dugattyú alatt melegítik. Az utóbbi molekulái növelik sebességüket (kinetikus energia), nagyobb nyomást gyakorolnak a dugattyúra, ami a gáz tágulása a P állandó értékének fenntartása.

Végül a harmadik izoprocesszor izochorikus. Ez állandó térfogattal halad. Az állapotegyenletből megkapjuk a megfelelő egyenlőséget:

P / T = const.

A fizikusok körében a Gay-Lussac törvény néven ismert. A nyomás és az abszolút hőmérséklet közötti közvetlen arányosság azt sugallja, hogy az izochorikus folyamat grafikonja, mint az izobár grafikonja, egyenes, pozitív meredekségi együtthatóval.

Fontos megérteni, hogy minden izoprocesszus zárt rendszerekben zajlik, vagyis a tanfolyam során az n értéke megmarad.

Adiabatikus folyamat

Ez a folyamat nem tartozik "az iso kategória", mivel mindhárom termodinamikai paraméter megváltozik az áthaladás során. Az adiabatikus egy olyan rendszer két állapota közötti átmenet, amelyben nem cserél hőt a környezet. Így a rendszer bővítése a belső energiatartalékok miatt történik, ami jelentős nyomáscsökkenést és abszolút hőmérsékletet eredményez benne.

Az ideális gáz adiabatikus folyamatát Poisson-egyenletek írják le. Az egyiket az alábbiakban adjuk meg:

P * V^γ = const,

ahol γ - a hőkapacitások aránya állandó nyomáson és állandó térfogaton.

Az adiabatikus gráf eltér az izochorikus folyamatgráftól és az izobár gráftól, de hasonló a hiperbolához (izoterma). A P-V tengelyekben az adiabát élesebben viselkedik, mint az izoterma.