A fizika definícióinak ismerete kulcsfontosságú tényező a különféle fizikai problémák sikeres megoldásában. A cikkben megvizsgáljuk, hogy mit jelent az izobár, izokhorikus, izoterm és adiabatikus folyamat egy ideális gázrendszer esetében.
Ideális gáz és egyenlete
Mielőtt az izobár, izochor és izoterm folyamatok leírásához kezdenénk, nézzük meg, mi az ideális gáz. A fizikában ez a meghatározás szerint egy nagyszámú dimenzió nélküli és nem kölcsönható részecskéből álló rendszert tekintenek, amelyek minden irányban nagy sebességgel mozognak. Valójában olyan gáz halmazállapotú halmazállapotú halmazállapotról beszélünk, amelyben az atomok és molekulák közötti távolságok messze meghaladják méretüket, és amelyben a részecskék kölcsönhatásának potenciális energiája kicsisége miatt elhanyagolható a mozgási energiához képest.
Az ideális gáz állapota termodinamikai paramétereinek összessége. A legfontosabbak a hőmérséklet, a térfogat és a nyomás. Jelöljük őket T, V és P betűkkel. A XIX. század 30-as éveibenClapeyron (francia tudós) először írt le egy egyenletet, amely a feltüntetett termodinamikai paramétereket egyetlen egyenlőségen belül egyesíti. Így néz ki:
PV=nRT,
ahol n és R az anyagok mennyisége, illetve a gázállandó.
Mik azok az izofolyamatok a gázokban?
Amint azt sokan észrevették, az izobár, izokorikus és izoterm folyamatok ugyanazt az „iso” előtagot használják nevükben. Egy termodinamikai paraméter egyenlőségét jelenti a teljes folyamat során, míg a többi paraméter változik. Például egy izoterm folyamat azt jelzi, hogy ennek eredményeként a rendszer abszolút hőmérséklete állandó marad, míg az izochor folyamat állandó térfogatot jelez.
Az izofolyamatok tanulmányozása kényelmes, mivel az egyik termodinamikai paraméter rögzítése a gázállapot általános egyenletének egyszerűsítéséhez vezet. Fontos megjegyezni, hogy ezekre az izofolyamatokra vonatkozó gáztörvényeket kísérleti úton fedezték fel. Elemzésük lehetővé tette Clapeyron számára, hogy megkapja a redukált univerzális egyenletet.
Izobár, izokhorikus és izoterm folyamatok
Az első törvényt az ideális gáz izotermikus folyamatára fedezték fel. Ma Boyle-Mariotte törvénynek hívják. Mivel T nem változik, az állapotegyenletből következik az egyenlőség:
PV=konst.
Más szóval a rendszer nyomásának bármilyen változása a rendszer térfogatának fordítottan arányos változásához vezet, ha a gáz hőmérsékletét állandóan tartják. A P(V) függvény grafikonja azhiperbola.
Izobár folyamat - ez a rendszer állapotának változása, amelyben a nyomás állandó marad. Miután rögzítettük P értékét a Clapeyron-egyenletben, a következő törvényt kapjuk:
V/T=állandó
Ez az egyenlőség Jacques Charles francia fizikus nevét viseli, aki a 18. század végén kapta meg. Az izobár (a V(T) függvény grafikus ábrázolása) úgy néz ki, mint egy egyenes. Minél nagyobb a nyomás a rendszerben, annál gyorsabban emelkedik ez a vonal.
Az izobár folyamat könnyen megvalósítható, ha a gázt a dugattyú alatt melegítik. Ez utóbbi molekulái növelik sebességüket (kinetikus energiájuk), nagyobb nyomást hoznak létre a dugattyún, ami a gáz tágulásához és a P állandó értékének fenntartásához vezet.
Végül a harmadik izofolyamat izokhorikus. Állandó hangerővel működik. Az állapotegyenletből megkapjuk a megfelelő egyenlőséget:
P/T=konst.
A fizikusok Gay-Lussac törvényeként ismerik. A nyomás és az abszolút hőmérséklet közötti egyenes arányosság azt jelzi, hogy az izobár folyamat grafikonja, akárcsak az izobár grafikonja, pozitív meredekségű egyenes.
Fontos megérteni, hogy minden izofolyamat zárt rendszerekben megy végbe, vagyis n értéke megmarad a lefutása során.
Adiabatikus folyamat
Ez a folyamat nem tartozik az "iso" kategóriába, mivel mindhárom termodinamikai paraméter változik az áthaladása során. adiabatikusA rendszer két állapota közötti átmenetnek nevezik, amelyben nem cserél hőt a környezettel. Így a rendszer bővítése belső energiatartalékai miatt valósul meg, ami a nyomás és az abszolút hőmérséklet jelentős csökkenéséhez vezet.
Az ideális gáz adiabatikus folyamatát a Poisson-egyenletek írják le. Az egyik az alábbiakban látható:
PVγ=állandó,
ahol γ a hőkapacitások aránya állandó nyomáson és állandó térfogaton.
Az adiabatikus gráf különbözik az izokhorikus folyamatgráftól és az izobár gráftól, de hasonlít egy hiperbolához (izotermához). A P-V tengelyekben lévő adiabát élesebben viselkedik, mint az izoterma.
