Ang gas na estado ng bagay sa paligid natin ay isa sa tatlong karaniwang anyo ng matter. Sa pisika, ang tuluy-tuloy na estado ng pagsasama-sama ay karaniwang isinasaalang-alang sa pagtatantya ng isang perpektong gas. Gamit ang approximation na ito, inilalarawan namin sa artikulo ang mga posibleng isoprocesses sa mga gas.
Ideal na gas at ang unibersal na equation upang ilarawan ito
Ang ideal na gas ay isa na ang mga particle ay walang sukat at hindi nakikipag-ugnayan sa isa't isa. Malinaw, walang isang gas na eksaktong nakakatugon sa mga kondisyong ito, dahil kahit na ang pinakamaliit na atom - hydrogen, ay may isang tiyak na sukat. Bukod dito, kahit na sa pagitan ng neutral na noble gas atoms, mayroong mahinang interaksyon ng van der Waals. Pagkatapos ay lumitaw ang tanong: sa anong mga kaso maaaring mapabayaan ang laki ng mga particle ng gas at ang pakikipag-ugnayan sa pagitan nila? Ang sagot sa tanong na ito ay ang pagsunod sa mga sumusunod na kondisyong physico-kemikal:
- mababang presyon (mga 1 atmosphere at mas mababa);
- mataas na temperatura (sa paligid ng temperatura ng silid at mas mataas);
- chemical inertness ng mga molecule at atomsgas.
Kung hindi matugunan ang kahit isa sa mga kundisyon, dapat ituring na totoo ang gas at inilalarawan ng isang espesyal na equation ng van der Waals.
Ang Mendeleev-Clapeyron equation ay dapat isaalang-alang bago pag-aralan ang mga isoprocess. Ang perpektong equation ng gas ay ang pangalawang pangalan nito. Mayroon itong sumusunod na notasyon:
PV=nRT
Ibig sabihin, nag-uugnay ito ng tatlong thermodynamic parameter: pressure P, temperatura T at volume V, pati na rin ang halaga n ng substance. Ang simbolo R dito ay nagsasaad ng gas constant, ito ay katumbas ng 8.314 J / (Kmol).
Ano ang isoprocesses sa mga gas?
Ang mga prosesong ito ay nauunawaan bilang mga transition sa pagitan ng dalawang magkaibang estado ng gas (initial at final), bilang resulta kung saan ang ilang dami ay napreserba at ang iba ay nagbabago. May tatlong uri ng isoprocess sa mga gas:
- isothermal;
- isobaric;
- isochoric.
Mahalagang tandaan na lahat ng mga ito ay pinag-aralan at inilarawan sa eksperimento sa panahon mula sa ikalawang kalahati ng ika-17 siglo hanggang sa ika-30 ng ika-19 na siglo. Batay sa mga pang-eksperimentong resultang ito, si Émile Clapeyron noong 1834 ay nakakuha ng isang equation na pangkalahatan para sa mga gas. Ang artikulong ito ay binuo sa kabaligtaran - paglalapat ng equation ng estado, kumuha kami ng mga formula para sa isoprocesses sa mga ideal na gas.
Transition sa pare-parehong temperatura
Tinatawag itong isothermal na proseso. Mula sa equation ng estado ng isang perpektong gas, sumusunod na sa isang pare-pareho ang ganap na temperatura sa isang saradong sistema, ang produkto ay dapat manatiling pare-pareho.volume sa pressure, ibig sabihin:
PV=const
Ang relasyong ito ay talagang naobserbahan nina Robert Boyle at Edm Mariotte sa ikalawang kalahati ng ika-17 siglo, kaya ang pagkakapantay-pantay na kasalukuyang naitala ay nagtataglay ng kanilang mga pangalan.
Mga functional na dependency na P(V) o V(P), na ipinahayag nang graphical, ay parang mga hyperbola. Kung mas mataas ang temperatura kung saan isinasagawa ang isothermal na eksperimento, mas malaki ang produktong PV.
Sa isang isothermal na proseso, ang isang gas ay lumalawak o kumukurot, gumagawa ng trabaho nang hindi binabago ang panloob na enerhiya nito.
Transition sa palaging pressure
Ngayon ay pag-aralan natin ang proseso ng isobaric, kung saan ang presyon ay pinananatiling pare-pareho. Ang isang halimbawa ng naturang paglipat ay ang pag-init ng gas sa ilalim ng piston. Bilang resulta ng pag-init, ang kinetic energy ng mga particle ay tumataas, nagsisimula silang pindutin ang piston nang mas madalas at may mas malaking puwersa, bilang isang resulta kung saan lumalawak ang gas. Sa proseso ng pagpapalawak, ang gas ay gumaganap ng ilang trabaho, ang kahusayan nito ay 40% (para sa isang monatomic gas).
Para sa isoprocess na ito, ang equation ng estado para sa isang ideal na gas ay nagsasabi na ang sumusunod na kaugnayan ay dapat magkaroon ng:
V/T=const
Madaling makuha kung ang pare-parehong presyon ay ililipat sa kanang bahagi ng Clapeyron equation, at temperatura - sa kaliwa. Ang pagkakapantay-pantay na ito ay tinatawag na batas ni Charles.
Ang
Equality ay nagpapahiwatig na ang mga function na V(T) at T(V) ay mukhang mga tuwid na linya sa mga graph. Ang slope ng linyang V(T) na may kaugnayan sa abscissa ay magiging mas maliit, mas malaki ang presyonP.
Transition sa pare-parehong volume
Ang huling isoprocess sa mga gas, na isasaalang-alang natin sa artikulo, ay ang isochoric transition. Gamit ang unibersal na Clapeyron equation, madaling makuha ang sumusunod na pagkakapantay-pantay para sa transition na ito:
P/T=const
Ang isochoric transition ay inilalarawan ng batas ng Gay-Lussac. Makikita na ang mga function na P(T) at T(P) ay magiging tuwid na linya. Sa lahat ng tatlong proseso ng isochoric, ang isochoric ay ang pinaka-epektibo kung kinakailangan upang mapataas ang temperatura ng system dahil sa supply ng panlabas na init. Sa prosesong ito, ang gas ay hindi gumagana, ibig sabihin, ang lahat ng init ay ididirekta upang mapataas ang panloob na enerhiya ng system.
