Termodinamika tarazlıqda olan və ya ona meyl edən termodinamik sistemləri öyrənən və təsvir edən fizikanın mühüm bir sahəsidir. Termodinamikanın tənliklərindən istifadə edərək bəzi ilkin vəziyyətdən son vəziyyətə keçidi təsvir etmək üçün kvazistatik prosesin yaxınlaşmasını aparmaq lazımdır. Bu təxmin nədir və bu proseslərin hansı növləri var, biz bu məqalədə nəzərdən keçirəcəyik.
Kvazistatik proses dedikdə nə nəzərdə tutulur?
Bildiyiniz kimi, termodinamika sistemin vəziyyətini təsvir etmək üçün eksperimental olaraq ölçülə bilən bir sıra makroskopik xüsusiyyətlərdən istifadə edir. Bunlara təzyiq P, həcm V və mütləq temperatur T daxildir. Əgər hər üç kəmiyyət tədqiq olunan sistem üçün müəyyən anda məlumdursa, o zaman onun vəziyyətinin müəyyən edildiyini deyirlər.
Kvazistatik proses anlayışı iki vəziyyət arasında keçidi nəzərdə tutur. Bu keçid zamanıTəbii ki, sistemin termodinamik xüsusiyyətləri dəyişir. Əgər keçidin davam etdiyi zamanın hər anında sistem üçün T, P və V məlumdursa və o, tarazlıq vəziyyətindən uzaq deyilsə, onda kvazistatik prosesin baş verdiyini deyirik. Başqa sözlə, bu proses bir sıra tarazlıq halları arasında ardıcıl keçiddir. O, güman edir ki, sistemə xarici təsir əhəmiyyətsizdir, ona görə də onun tez tarazlığa gəlmək üçün vaxtı var.
Real proseslər kvazistatik deyil, ona görə də nəzərdən keçirilən konsepsiya ideallaşdırılacaq. Məsələn, qazı genişləndirərkən və ya sıxarkən, onda turbulent dəyişikliklər və dalğa prosesləri baş verir ki, bu da onların zəifləməsi üçün müəyyən vaxt tələb edir. Buna baxmayaraq, bir sıra praktiki hallarda hissəciklərin yüksək sürətlə hərəkət etdiyi qazlar üçün tarazlıq tez qurulur, buna görə də onlarda vəziyyətlər arasında müxtəlif keçidlər yüksək dəqiqliklə kvazistatik hesab edilə bilər.
Qazlarda vəziyyətin tənliyi və proseslərin növləri
Qaz, termodinamikada öyrənilməsi üçün maddənin əlverişli məcmu vəziyyətidir. Bu, onun təsviri üçün yuxarıda göstərilən termodinamik kəmiyyətlərin hər üçünü birləşdirən sadə bir tənliyin olması ilə əlaqədardır. Bu tənliyə Klapeyron-Mendeleyev qanunu deyilir. Belə görünür:
PV=nRT
Bu tənlikdən istifadə etməklə bütün növ izoproseslər və adiabatik keçid vəizobar, izoterm, izoxor və adiabanın qrafikləri qurulur. Bərabərlikdə n sistemdəki maddənin miqdarı, R bütün qazlar üçün sabitdir. Aşağıda qeyd olunan bütün kvazistatik prosesləri nəzərdən keçiririk.
İzotermik keçid
İlk dəfə 17-ci əsrin sonunda müxtəlif qazlardan nümunə kimi istifadə edilərək tədqiq edilmişdir. Müvafiq təcrübələr Robert Boyl və Edm Mariotte tərəfindən aparılmışdır. Alimlər aşağıdakı nəticəyə gəliblər:
PV=sabit olduqda T=sabit
Sistemdə təzyiqi artırsanız, sistem sabit temperatur saxlasa, onun həcmi bu artıma mütənasib olaraq azalacaq. Bu qanunu vəziyyət tənliyindən özünüz çıxarmaq asandır.
Qrafikdəki izoterm P və V oxlarına yaxınlaşan hiperboladır.
İzobarik və izoxorik keçidlər
19-cu əsrin əvvəllərində qazlarda izobarik (sabit təzyiqdə) və izoxorik (sabit həcmdə) keçidlər öyrənilmişdir. Onların öyrənilməsində və müvafiq qanunların aşkar edilməsində böyük xidmətləri fransız Jak Şarlz və Gey-Lussaka məxsusdur. Hər iki proses riyazi olaraq aşağıdakı kimi təmsil olunur:
V/T=sabit olduqda P=sabit;
P/T=sabit olduqda V=sabit
Müvafiq parametr sabitini təyin etsək, hər iki ifadə vəziyyət tənliyindən irəli gəlir.
Bu keçidləri məqalənin bir bəndi altında birləşdirdik, çünki onlar eyni qrafik təsvirə malikdirlər. İzotermdən fərqli olaraq izobar və izoxor düz xətlərdir kimüvafiq olaraq həcm və temperatur və təzyiq və temperatur arasında birbaşa mütənasiblik göstərin.
Adiabatik proses
Təsvir edilmiş izoproseslərdən onunla fərqlənir ki, ətraf mühitdən tam istilik izolyasiyası ilə gedir. Adiabatik keçid nəticəsində qaz ətraf mühitlə istilik mübadiləsi aparmadan genişlənir və ya büzülür. Bu halda onun daxili enerjisində müvafiq dəyişiklik baş verir, yəni:
dU=- PdV
Adiabatik kvazistatik prosesi təsvir etmək üçün iki kəmiyyəti bilmək vacibdir: izobar CP və izoxorik CVistilik tutumu. CP dəyəri sistemə nə qədər istilik verilməli olduğunu bildirir ki, izobar genişlənmə zamanı onun temperaturunu 1 K artırsın. CV dəyəri eyni deməkdir, yalnız sabit həcmli isitmə üçün.
İdeal qaz üçün bu prosesin tənliyinə Puasson tənliyi deyilir. P və V parametrlərində aşağıdakı kimi yazılır:
PVγ=const
Burada γ parametri adiabatik eksponent adlanır. CP və CV nisbətinə bərabərdir. Bir atomlu qaz üçün γ=1,67, iki atomlu qaz üçün - 1,4, əgər qaz daha mürəkkəb molekullardan əmələ gəlirsə, onda γ=1,33.
Adiabatik proses yalnız öz daxili enerji resursları hesabına baş verdiyi üçün P-V oxlarındakı adiabatik qrafik izoterm qrafikindən daha kəskin davranır.(hiperbola).
