Termodinamik ialah cabang fizik penting yang mengkaji dan menerangkan sistem termodinamik dalam keseimbangan atau menjaganya. Untuk dapat menghuraikan peralihan daripada beberapa keadaan awal kepada keadaan akhir menggunakan persamaan termodinamik, adalah perlu untuk membuat anggaran proses kuasi-statik. Apakah anggaran ini dan apakah jenis proses ini, kami akan mempertimbangkan dalam artikel ini.
Apakah yang dimaksudkan dengan proses separa statik?
Seperti yang anda ketahui, termodinamik untuk menerangkan keadaan sistem menggunakan set ciri makroskopik yang boleh diukur secara eksperimen. Ini termasuk tekanan P, isipadu V dan suhu mutlak T. Jika ketiga-tiga kuantiti diketahui untuk sistem yang dikaji pada masa tertentu, maka mereka mengatakan bahawa keadaannya telah ditentukan.
Konsep proses kuasi-statik membayangkan peralihan antara dua keadaan. Semasa peralihan ini,Sememangnya, ciri termodinamik sistem berubah. Jika pada setiap saat masa peralihan berterusan, T, P dan V dikenali untuk sistem, dan ia tidak jauh dari keadaan keseimbangannya, maka kita katakan bahawa proses separa statik berlaku. Dengan kata lain, proses ini merupakan peralihan berurutan antara satu set keadaan keseimbangan. Dia beranggapan bahawa pengaruh luaran pada sistem adalah tidak penting sehingga ia mempunyai masa untuk cepat mencapai keseimbangan.
Proses sebenar tidak separa statik, jadi konsep yang sedang dipertimbangkan akan menjadi ideal. Sebagai contoh, apabila mengembang atau memampatkan gas, terdapat perubahan gelora dan proses gelombang di dalamnya, yang memerlukan sedikit masa untuk pengecilannya. Namun begitu, dalam beberapa kes praktikal, bagi gas yang zarah bergerak pada kelajuan tinggi, keseimbangan ditetapkan dengan cepat, jadi pelbagai peralihan antara keadaan di dalamnya boleh dianggap separa statik dengan ketepatan yang tinggi.
Persamaan keadaan dan jenis proses dalam gas
Gas ialah keadaan agregat jirim yang mudah untuk kajiannya dalam termodinamik. Ini disebabkan oleh fakta bahawa untuk penerangannya terdapat persamaan mudah yang mengaitkan ketiga-tiga kuantiti termodinamik di atas. Persamaan ini dipanggil undang-undang Clapeyron-Mendeleev. Ia kelihatan seperti ini:
PV=nRT
Menggunakan persamaan ini, semua jenis isoproses dan peralihan adiabatik dangraf isobar, isoterma, isokor dan adiabat dibina. Dalam kesamaan, n ialah jumlah bahan dalam sistem, R ialah pemalar untuk semua gas. Di bawah ini kami mempertimbangkan semua jenis proses separa statik yang dinyatakan.
Peralihan Isoterma
Ia pertama kali dikaji pada akhir abad ke-17 menggunakan pelbagai gas sebagai contoh. Eksperimen yang sepadan telah dijalankan oleh Robert Boyle dan Edm Mariotte. Para saintis menghasilkan keputusan berikut:
PV=const apabila T=const
Jika anda meningkatkan tekanan dalam sistem, maka isipadunya akan berkurangan berkadaran dengan peningkatan ini, jika sistem mengekalkan suhu malar. Mudah untuk mendapatkan undang-undang ini daripada persamaan keadaan sendiri.
Isoterma pada graf ialah hiperbola yang menghampiri paksi P dan V.
Peralihan isobarik dan isokhorik
Isobaric (pada tekanan malar) dan isochoric (pada isipadu malar) peralihan dalam gas telah dikaji pada awal abad ke-19. Merit besar dalam kajian mereka dan penemuan undang-undang yang berkaitan adalah milik Perancis Jacques Charles dan Gay-Lussac. Kedua-dua proses diwakili secara matematik seperti berikut:
V/T=const apabila P=const;
P/T=const apabila V=const
Kedua-dua ungkapan mengikut daripada persamaan keadaan jika kita menetapkan pemalar parameter yang sepadan.
Kami telah menggabungkan peralihan ini di bawah satu perenggan artikel kerana ia mempunyai perwakilan grafik yang sama. Tidak seperti isoterma, isobar dan isokor ialah garis lurus yangtunjukkan perkadaran langsung antara isipadu dan suhu serta tekanan dan suhu masing-masing.
Proses adiabatik
Ia berbeza daripada isoproses yang diterangkan kerana ia diteruskan dalam pengasingan haba sepenuhnya daripada persekitaran. Hasil daripada peralihan adiabatik, gas mengembang atau mengecut tanpa pertukaran haba dengan persekitaran. Dalam kes ini, perubahan yang sepadan dalam tenaga dalamannya berlaku, iaitu:
dU=- PdV
Untuk menerangkan proses kuasi statik adiabatik, adalah penting untuk mengetahui dua kuantiti: isobarik CP dan isochoric CVkapasiti haba. Nilai CP memberitahu berapa banyak haba mesti disalurkan kepada sistem supaya ia meningkatkan suhunya sebanyak 1 K semasa pengembangan isobarik. Nilai CV bermaksud sama, hanya untuk pemanasan volum malar.
Persamaan untuk proses ini untuk gas ideal dipanggil persamaan Poisson. Ia ditulis dalam parameter P dan V seperti berikut:
PVγ=const
Di sini parameter γ dipanggil eksponen adiabatik. Ia sama dengan nisbah CP dan CV. Untuk gas monatomik γ=1.67, untuk gas diatomik - 1.4, jika gas dibentuk oleh molekul yang lebih kompleks, maka γ=1.33.
Memandangkan proses adiabatik berlaku semata-mata disebabkan oleh sumber tenaga dalamannya sendiri, graf adiabatik dalam paksi P-V berkelakuan lebih tajam daripada graf isoterma(hiperbola).
