Gjendja e gaztë e materies rreth nesh është një nga tre format e zakonshme të materies. Në fizikë, kjo gjendje e lëngshme e grumbullimit zakonisht konsiderohet në përafrimin e një gazi ideal. Duke përdorur këtë përafrim, ne përshkruajmë në artikull izoproceset e mundshme në gaze.
Gazi ideal dhe ekuacioni universal për ta përshkruar atë
Një gaz ideal është ai, grimcat e të cilit nuk kanë dimensione dhe nuk ndërveprojnë me njëra-tjetrën. Natyrisht, nuk ka asnjë gaz të vetëm që i plotëson saktësisht këto kushte, pasi edhe atomi më i vogël - hidrogjeni, ka një madhësi të caktuar. Për më tepër, edhe midis atomeve neutrale të gazit fisnik, ekziston një ndërveprim i dobët van der Waals. Atëherë lind pyetja: në cilat raste mund të neglizhohet madhësia e grimcave të gazit dhe ndërveprimi ndërmjet tyre? Përgjigja për këtë pyetje do të jetë respektimi i kushteve fiziko-kimike të mëposhtme:
- presion i ulët (rreth 1 atmosferë e më poshtë);
- temperatura të larta (rreth temperaturës së dhomës dhe më lart);
- inertiteti kimik i molekulave dhe atomevegaz.
Nëse të paktën një nga kushtet nuk plotësohet, atëherë gazi duhet të konsiderohet real dhe të përshkruhet nga një ekuacion special i van der Waals.
Ekuacioni Mendeleev-Klapeyron duhet të merret parasysh përpara se të studiohen izoproceset. Ekuacioni i gazit ideal është emri i tij i dytë. Ka shënimin e mëposhtëm:
PV=nRT
Dmth, ai lidh tre parametra termodinamikë: presionin P, temperaturën T dhe vëllimin V, si dhe sasinë n të substancës. Simboli R këtu tregon konstantën e gazit, është e barabartë me 8,314 J / (Kmol).
Çfarë janë izoproceset në gaze?
Këto procese kuptohen si kalime midis dy gjendjeve të ndryshme të gazit (fillestare dhe përfundimtare), si rezultat i të cilave disa sasi ruhen dhe të tjera ndryshojnë. Ekzistojnë tre lloje të izoproceseve në gaze:
- izotermike;
- izobarik;
- izokorik.
Është e rëndësishme të theksohet se të gjitha ato janë studiuar dhe përshkruar eksperimentalisht në periudhën nga gjysma e dytë e shekullit të 17-të deri në vitet '30 të shekullit të 19-të. Bazuar në këto rezultate eksperimentale, Émile Clapeyron në 1834 nxori një ekuacion që është universal për gazet. Ky artikull është ndërtuar anasjelltas - duke zbatuar ekuacionin e gjendjes, marrim formula për izoproceset në gazet ideale.
Tranzicioni në temperaturë konstante
Quhet një proces izotermik. Nga ekuacioni i gjendjes së një gazi ideal, rezulton se në një temperaturë absolute konstante në një sistem të mbyllur, produkti duhet të mbetet konstant.vëllimi në presion, d.m.th.:
PV=konst
Kjo marrëdhënie u vëzhgua vërtet nga Robert Boyle dhe Edm Mariotte në gjysmën e dytë të shekullit të 17-të, kështu që barazia e regjistruar aktualisht mban emrat e tyre.
Vartësitë funksionale P(V) ose V(P), të shprehura grafikisht, duken si hiperbola. Sa më e lartë të jetë temperatura në të cilën kryhet eksperimenti izotermik, aq më i madh është produkti PV.
Në një proces izotermik, një gaz zgjerohet ose tkurret, duke bërë punë pa ndryshuar energjinë e tij të brendshme.
Tranzicioni në presion konstant
Tani le të studiojmë procesin izobarik, gjatë të cilit presioni mbahet konstant. Një shembull i një tranzicioni të tillë është ngrohja e gazit nën piston. Si rezultat i ngrohjes, energjia kinetike e grimcave rritet, ato fillojnë të godasin pistonin më shpesh dhe me forcë më të madhe, si rezultat i së cilës gazi zgjerohet. Në procesin e zgjerimit, gazi kryen disa punë, rendimenti i të cilave është 40% (për një gaz monatomik).
Për këtë izoproces, ekuacioni i gjendjes për një gaz ideal thotë se lidhja e mëposhtme duhet të jetë:
V/T=konst.
Është e lehtë të merret nëse presioni konstant transferohet në anën e djathtë të ekuacionit Clapeyron, dhe temperatura - në të majtë. Kjo barazi quhet ligji i Charles.
Barazimi tregon se funksionet V(T) dhe T(V) duken si vija të drejta në grafikë. Pjerrësia e vijës V(T) në raport me abshisën do të jetë sa më e vogël, aq më e madhe presioniP.
Transicion me volum konstant
Izoprocesi i fundit në gaze, të cilin do ta shqyrtojmë në artikull, është tranzicioni izokorik. Duke përdorur ekuacionin universal Clapeyron, është e lehtë të merret barazia e mëposhtme për këtë tranzicion:
P/T=konst
Tranzicioni izokorik përshkruhet nga ligji Gay-Lussac. Mund të shihet se grafikisht funksionet P(T) dhe T(P) do të jenë drejtëza. Ndër të tre proceset izohorike, izokorik është më efikasi nëse është e nevojshme të rritet temperatura e sistemit për shkak të furnizimit me nxehtësi të jashtme. Gjatë këtij procesi, gazi nuk funksionon, domethënë e gjithë nxehtësia do të drejtohet për të rritur energjinë e brendshme të sistemit.
