Ang
Thermodynamics ay isang mahalagang sangay ng physics na nag-aaral at naglalarawan ng mga thermodynamic system sa equilibrium o nag-aalaga dito. Upang mailarawan ang paglipat mula sa ilang inisyal na estado patungo sa isang huling estado gamit ang mga equation ng thermodynamics, kinakailangan na gumawa ng isang pagtatantya ng isang quasi-static na proseso. Ano ang pagtatantya na ito, at kung anong mga uri ng mga prosesong ito, isasaalang-alang namin sa artikulong ito.
Ano ang ibig sabihin ng quasi-static na proseso?
Tulad ng alam mo, ang thermodynamics upang ilarawan ang estado ng system ay gumagamit ng isang hanay ng mga macroscopic na katangian na maaaring masukat sa eksperimentong paraan. Kabilang dito ang pressure P, volume V, at absolute temperature T. Kung ang lahat ng tatlong dami ay kilala para sa system na pinag-aaralan sa isang partikular na sandali, sasabihin nila na ang estado nito ay natukoy na.
Ang konsepto ng isang quasi-static na proseso ay nagpapahiwatig ng paglipat sa pagitan ng dalawang estado. Sa panahon ng paglipat na ito,Naturally, nagbabago ang mga thermodynamic na katangian ng system. Kung sa bawat sandali ng oras kung saan nagpapatuloy ang paglipat, ang T, P at V ay kilala para sa sistema, at ito ay hindi malayo sa estado ng balanse nito, pagkatapos ay sinasabi namin na ang isang quasi-static na proseso ay nangyayari. Sa madaling salita, ang prosesong ito ay isang sequential transition sa pagitan ng isang set ng equilibrium states. Ipinapalagay niya na ang panlabas na impluwensya sa sistema ay hindi gaanong mahalaga upang magkaroon ito ng oras upang mabilis na makarating sa ekwilibriyo.
Ang mga totoong proseso ay hindi quasi-static, kaya ang konseptong isinasaalang-alang ay magiging idealize. Halimbawa, kapag pinalawak o pinipiga ang isang gas, may mga magulong pagbabago at mga proseso ng alon dito, na nangangailangan ng ilang oras para sa kanilang pagpapalambing. Gayunpaman, sa ilang praktikal na mga kaso, para sa mga gas kung saan ang mga particle ay gumagalaw sa mataas na bilis, ang equilibrium ay mabilis na pumapasok, kaya ang iba't ibang mga transition sa pagitan ng mga estado sa mga ito ay maaaring ituring na quasi-static na may mataas na katumpakan.
Equation ng estado at mga uri ng proseso sa mga gas
Ang
Gas ay isang maginhawang pinagsama-samang estado ng matter para sa pag-aaral nito sa thermodynamics. Ito ay dahil sa ang katunayan na para sa paglalarawan nito ay mayroong isang simpleng equation na nag-uugnay sa lahat ng tatlong mga thermodynamic na dami sa itaas. Ang equation na ito ay tinatawag na Clapeyron-Mendeleev law. Mukhang ganito:
PV=nRT
Gamit ang equation na ito, lahat ng uri ng isoprocesses at adiabatic transition atang mga graph ng isobar, isotherm, isochore at adiabat ay binuo. Sa pagkakapantay-pantay, ang n ay ang dami ng sangkap sa sistema, ang R ay isang pare-pareho para sa lahat ng mga gas. Isinasaalang-alang namin sa ibaba ang lahat ng nabanggit na uri ng mga quasi-static na proseso.
Isothermal transition
Ito ay unang pinag-aralan sa pagtatapos ng ika-17 siglo gamit ang iba't ibang mga gas bilang isang halimbawa. Ang kaukulang mga eksperimento ay isinagawa nina Robert Boyle at Edm Mariotte. Naisip ng mga siyentipiko ang sumusunod na resulta:
PV=const kapag T=const
Kung tataasan mo ang presyon sa system, ang volume nito ay bababa sa proporsyon sa pagtaas na ito, kung ang system ay nagpapanatili ng pare-parehong temperatura. Madaling kunin ang batas na ito mula sa equation ng estado mismo.
Ang isotherm sa graph ay isang hyperbola na lumalapit sa P at V axes.
Isobaric at isochoric transition
Isobaric (sa pare-pareho ang presyon) at isochoric (sa pare-parehong dami) na mga transition sa mga gas ay pinag-aralan sa simula ng ika-19 na siglo. Malaking merito sa kanilang pag-aaral at pagtuklas ng mga kaugnay na batas ay pag-aari ng French Jacques Charles at Gay-Lussac. Ang parehong mga proseso ay mathematically na kinakatawan tulad ng sumusunod:
V/T=const kapag P=const;
P/T=const kapag V=const
Ang parehong mga expression ay sumusunod mula sa equation ng estado kung itatakda natin ang katumbas na parameter na pare-pareho.
Pinagsama-sama namin ang mga transition na ito sa ilalim ng isang talata ng artikulo dahil pareho ang kanilang graphical na representasyon. Hindi tulad ng isotherm, ang isobar at isochore ay mga tuwid na linya namagpakita ng direktang proporsyonalidad sa pagitan ng volume at temperatura at presyon at temperatura ayon sa pagkakabanggit.
Adiabatic na proseso
Ito ay naiiba sa inilarawan na mga isoprocess dahil ito ay nagpapatuloy sa kumpletong thermal isolation mula sa kapaligiran. Bilang resulta ng adiabatic transition, lumalawak o kumukontra ang gas nang walang pagpapalitan ng init sa kapaligiran. Sa kasong ito, nangyayari ang kaukulang pagbabago sa panloob na enerhiya nito, iyon ay:
dU=- PdV
Upang ilarawan ang isang adiabatic na quasi-static na proseso, mahalagang malaman ang dalawang dami: isobaric CP at isochoric CVheat capacity. Ang value na CP ay nagsasabi kung gaano karaming init ang dapat ibigay sa system upang tumaas ang temperatura nito ng 1 K sa panahon ng isobaric expansion. Pareho ang ibig sabihin ng value na CV , para lang sa patuloy na pag-init ng volume.
Ang equation para sa prosesong ito para sa isang ideal na gas ay tinatawag na Poisson equation. Ito ay nakasulat sa mga parameter P at V tulad ng sumusunod:
PVγ=const
Dito ang parameter na γ ay tinatawag na adiabatic exponent. Katumbas ito ng ratio ng CP at CV. Para sa isang monatomic gas γ=1.67, para sa isang diatomic gas - 1.4, kung ang gas ay nabuo ng mas kumplikadong mga molekula, pagkatapos ay γ=1.33.
Dahil ang proseso ng adiabatic ay nangyayari lamang dahil sa sarili nitong panloob na mapagkukunan ng enerhiya, ang adiabatic graph sa mga P-V axes ay kumikilos nang mas matindi kaysa sa isotherm graph(hyperbole).
