Keadaan gas bagi jirim di sekeliling kita ialah salah satu daripada tiga bentuk jirim yang biasa. Dalam fizik, keadaan cecair pengagregatan ini biasanya dipertimbangkan dalam anggaran gas ideal. Menggunakan anggaran ini, kami menerangkan dalam artikel kemungkinan isoproses dalam gas.
Gas ideal dan persamaan universal untuk menerangkannya
Gas ideal ialah gas yang zarahnya tidak mempunyai dimensi dan tidak berinteraksi antara satu sama lain. Jelas sekali, tidak ada satu gas pun yang betul-betul memenuhi syarat-syarat ini, kerana walaupun atom terkecil - hidrogen, mempunyai saiz tertentu. Selain itu, walaupun di antara atom gas mulia neutral, terdapat interaksi van der Waals yang lemah. Kemudian persoalan timbul: dalam kes apakah saiz zarah gas dan interaksi di antara mereka boleh diabaikan? Jawapan kepada soalan ini ialah pematuhan keadaan fiziko-kimia berikut:
- tekanan rendah (kira-kira 1 atmosfera dan ke bawah);
- suhu tinggi (sekitar suhu bilik dan ke atas);
- ketiadaan kimia molekul dan atomgas.
Jika sekurang-kurangnya satu daripada syarat tidak dipenuhi, maka gas tersebut hendaklah dianggap nyata dan diterangkan oleh persamaan khas van der Waals.
Persamaan Mendeleev-Clapeyron mesti dipertimbangkan sebelum mengkaji isoproses. Persamaan gas ideal ialah nama kedua. Ia mempunyai notasi berikut:
PV=nRT
Iaitu, ia menghubungkan tiga parameter termodinamik: tekanan P, suhu T dan isipadu V, serta jumlah n bahan. Simbol R di sini menandakan pemalar gas, ia bersamaan dengan 8.314 J / (Kmol).
Apakah itu isoproses dalam gas?
Proses ini difahami sebagai peralihan antara dua keadaan gas yang berbeza (awal dan akhir), akibatnya beberapa kuantiti dikekalkan dan yang lain berubah. Terdapat tiga jenis isoproses dalam gas:
- isoterma;
- isobarik;
- isochoric.
Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa kesemuanya telah dikaji secara eksperimen dan diterangkan dalam tempoh dari separuh kedua abad ke-17 hingga 30-an abad ke-19. Berdasarkan keputusan eksperimen ini, Émile Clapeyron pada tahun 1834 memperoleh persamaan yang universal untuk gas. Artikel ini dibina sebaliknya - menggunakan persamaan keadaan, kami memperoleh formula untuk isoproses dalam gas ideal.
Peralihan pada suhu malar
Ia dipanggil proses isoterma. Daripada persamaan keadaan gas ideal, ia mengikuti bahawa pada suhu mutlak yang malar dalam sistem tertutup, produk mesti kekal malar.isipadu kepada tekanan, iaitu:
PV=const
Hubungan ini sememangnya diperhatikan oleh Robert Boyle dan Edm Mariotte pada separuh kedua abad ke-17, jadi persamaan yang direkodkan pada masa ini adalah nama mereka.
Kebergantungan fungsional P(V) atau V(P), dinyatakan secara grafik, kelihatan seperti hiperbola. Lebih tinggi suhu di mana eksperimen isoterma dijalankan, lebih besar produk PV.
Dalam proses isoterma, gas mengembang atau mengecut, melakukan kerja tanpa mengubah tenaga dalamannya.
Peralihan pada tekanan malar
Sekarang mari kita kaji proses isobarik, di mana tekanan dikekalkan malar. Contoh peralihan sedemikian ialah pemanasan gas di bawah omboh. Hasil daripada pemanasan, tenaga kinetik zarah meningkat, mereka mula memukul omboh lebih kerap dan dengan daya yang lebih besar, akibatnya gas mengembang. Dalam proses pengembangan, gas melakukan beberapa kerja, kecekapannya ialah 40% (untuk gas monatomik).
Untuk isoproses ini, persamaan keadaan bagi gas ideal mengatakan bahawa hubungan berikut mesti dipegang:
V/T=const
Ia mudah diperoleh jika tekanan malar dipindahkan ke sebelah kanan persamaan Clapeyron, dan suhu - ke kiri. Persamaan ini dipanggil undang-undang Charles.
Kesamaan menunjukkan bahawa fungsi V(T) dan T(V) kelihatan seperti garis lurus pada graf. Kecerunan garis V(T) berbanding dengan absis akan menjadi lebih kecil, lebih besar tekananP.
Peralihan pada volum malar
Isoproses terakhir dalam gas, yang akan kita pertimbangkan dalam artikel, ialah peralihan isochorik. Menggunakan persamaan Clapeyron universal, adalah mudah untuk mendapatkan kesamaan berikut untuk peralihan ini:
P/T=const
Peralihan isochorik diterangkan oleh undang-undang Gay-Lussac. Dapat dilihat secara grafik fungsi P(T) dan T(P) ialah garis lurus. Di antara ketiga-tiga proses isochoric, isochoric adalah yang paling cekap jika perlu untuk meningkatkan suhu sistem disebabkan oleh bekalan haba luaran. Semasa proses ini, gas tidak berfungsi, iaitu, semua haba akan diarahkan untuk meningkatkan tenaga dalaman sistem.
