Izobarični, izohorni, izotermni i adijabatski procesi za idealni gas

Poznavanje definicija u fizici ključni je faktor za uspješno rješavanje različitih fizičkih problema. U članku ćemo razmotriti šta se podrazumeva pod izobaričnim, izohoričnim, izotermnim i adijabatskim procesima za idealni gasni sistem.

Idealni gas i njegova jednačina

Pre nego što pređemo na opis izobaričnih, izohornih i izotermnih procesa, razmotrimo šta je idealni gas. Ova definicija u fizici se smatra sistemom koji se sastoji od ogromnog broja bezdimenzionalnih i neinteraktivnih čestica koje se kreću velikom brzinom u svim smjerovima. Zapravo, govorimo o agregatnom stanju materije gasa u kojem su udaljenosti između atoma i molekula mnogo veće od njihovih veličina i u kojem se potencijalna energija interakcije čestica zanemaruje zbog svoje malenosti, u poređenju sa kinetičkom energijom.

Stanje idealnog gasa naziva se ukupnost njegovih termodinamičkih parametara. Glavni su temperatura, zapremina i pritisak. Označimo ih slovima T, V I P, respektivno. 30-ih godina XIX veka, Clapeyron( francuski naučnik) je po prvi put zapisao jednačinu koja kombinuje ove termodinamičke parametre unutar jedne jednakosti. Ima oblik:

P * V = n * R * T,

gde su n i R količina supstanci i konstanta gasa, respektivno.

Šta su izoprocesi u gasovima?

Kao što su mnogi primijetili, izobarični, izohorni i izotermni procesi koriste isti prefiks u svom nazivu "umjetnost". To znači jednakost jednog termodinamičkog parametra tokom prolaska cijelog procesa, dok se drugi parametri mijenjaju. Na primjer, izotermni proces ukazuje na to da kao rezultat , apsolutna temperatura sistem se održava konstantnom, a izohorni proces ukazuje na konstantnost zapremine.

Izoprocesi su pogodni za proučavanje, jer fiksiranje jednog od termodinamičkih parametara dovodi do pojednostavljenja opšte jednačine stanja gasa. Važno je napomenuti da su plinski zakoni za sve ove izoprocese otkriveni eksperimentalno. Njihova analiza omogućila je Clapeyronu da dobije smanjenu univerzalnu jednačinu.

Izobarični, izohorni i izotermni procesi

Prvi zakon je otkriven za izotermni proces u idealnom gasu. Sada se zove Boyle-Marriott Zakon. Budući da se T ne mijenja, jednačina stanja podrazumijeva jednakost:

P * V = const.

Drugim riječima, svaka promjena pritiska u sistemu dovodi do obrnuto proporcionalne promjene njegove zapremine ako se temperatura plina održava konstantnom. Grafikon funkcije P (V) je hiperbola.

Izobarični proces je promjena u stanju sistema, u kojoj pritisak ostaje konstantan. Nakon što smo fiksirali vrijednost P u Clapeyronovoj jednačini, dobijamo sljedeći zakon:

V / T = const.

Ova jednakost nosi ime francuskog fizičara Jacquesa Charlesa, koji ga je primio na kraju XVIII vijeka. Izobara(grafički prikaz funkcije V (T)) Izgleda kao prava linija. Što je veći pritisak u sistemu, ova linija se brže povećava.

Izobarični proces je jednostavan za obavljanje ako se plin zagrijava ispod klipa. Molekuli ovih potonjih povećavaju svoju brzinu (kinetička energija), stvaraju veći pritisak na klip, što dovodi do širenje gasa i održavanje konstantne vrijednosti P.

Konačno, treći izoproces je izohoričan. Prolazi sa stalnim volumenom. Iz jednačine stanja dobijamo odgovarajuću jednakost:

P / T = const.

Među fizičarima je poznat kao Gay-Lussacov zakon. Direktna proporcionalnost između pritiska i apsolutne temperature sugeriše da je graf izohornog procesa, kao i Graf izobaričnog, ravna linija sa pozitivnim koeficijentom nagiba.

Važno je shvatiti da se svi izoprocesi dešavaju u zatvorenim sistemima, odnosno da se tokom njihovog toka čuva vrijednost n.

Adijabatski proces

Ovaj proces ne pripada "iso kategorija", zato što se sva tri termodinamička parametra mijenjaju tokom njegovog prolaska. Adijabatski je prelaz između dva stanja sistema u kojem ne razmenjuje toplotu sa okruženje. Tako se proširenje sistema vrši zbog njegovih unutrašnjih energetskih rezervi, što dovodi do značajnog pada pritiska i apsolutne temperature u njemu.

Adijabatski proces za idealni gas opisan je Poissonovim jednačinama. Jedan od njih je dat u nastavku:

P * V^γ = const,

gde γ - je odnos toplotnih kapaciteta pri konstantnom pritisku i pri konstantnoj zapremini.

Adijabatski graf se razlikuje od izohoričnog nastavnog grafa i od izobaričnog grafa, ali je sličan hiperboli (izotermi). Adijabat u P-V Osama ponaša se oštrije od izoterme.