Ətrafımızdakı maddənin qaz halı maddənin üç ümumi formasından biridir. Fizikada bu maye birləşmə vəziyyəti adətən ideal qazın yaxınlaşmasında nəzərə alınır. Bu təxmindən istifadə edərək, məqalədə qazlarda mümkün izoprosesləri təsvir edirik.
İdeal qaz və onu təsvir etmək üçün universal tənlik
İdeal qaz zərrəciklərinin ölçüləri olmayan və bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olmayan qazdır. Aydındır ki, bu şərtlərə tam cavab verən bir qaz yoxdur, çünki ən kiçik atom - hidrogen belə müəyyən bir ölçüyə malikdir. Üstəlik, neytral nəcib qaz atomları arasında belə, zəif van der Waals qarşılıqlı əlaqəsi var. O zaman sual yaranır: hansı hallarda qaz hissəciklərinin ölçüsünə və onlar arasındakı qarşılıqlı təsirə laqeyd yanaşmaq olar? Bu sualın cavabı aşağıdakı fiziki-kimyəvi şərtlərə riayət etmək olacaq:
- aşağı təzyiq (təxminən 1 atmosfer və aşağı);
- yüksək temperatur (təxminən otaq temperaturu və yuxarı);
- molekulların və atomların kimyəvi təsirsizliyiqaz.
Şərtlərdən ən azı biri yerinə yetirilmirsə, o zaman qaz real hesab edilməli və xüsusi van der Waals tənliyi ilə təsvir edilməlidir.
İzoprosesləri öyrənməzdən əvvəl Mendeleyev-Klapeyron tənliyi nəzərə alınmalıdır. İdeal qaz tənliyi onun ikinci adıdır. Onun aşağıdakı qeydi var:
PV=nRT
Yəni o, üç termodinamik parametri əlaqələndirir: təzyiq P, temperatur T və həcm V, həmçinin maddənin miqdarı n. Burada R simvolu qaz sabitini bildirir, 8,314 J / (Kmol) bərabərdir.
Qazlarda izoproseslər hansılardır?
Bu proseslər qazın iki müxtəlif vəziyyəti (ilkin və son) arasında keçidlər kimi başa düşülür ki, bunun nəticəsində bəzi kəmiyyətlər saxlanılır, digərləri isə dəyişir. Qazlarda üç növ izoproses var:
- izotermik;
- izobarik;
- izokorik.
Qeyd etmək lazımdır ki, onların hamısı XVII əsrin ikinci yarısından 19-cu əsrin 30-cu illərinə qədər olan dövrdə eksperimental şəkildə tədqiq edilmiş və təsvir edilmişdir. Bu eksperimental nəticələrə əsasən, Émile Clapeyron 1834-cü ildə qazlar üçün universal olan bir tənlik əldə etdi. Bu məqalə əksinə qurulub - vəziyyət tənliyini tətbiq edərək, biz ideal qazlarda izoproseslər üçün düsturlar əldə edirik.
Sabit temperaturda keçid
Buna izotermik proses deyilir. İdeal qazın vəziyyət tənliyindən belə çıxır ki, qapalı sistemdə sabit mütləq temperaturda məhsul sabit qalmalıdır.həcmi təzyiqə, yəni:
PV=const
Bu əlaqə həqiqətən 17-ci əsrin ikinci yarısında Robert Boyl və Edm Mariotte tərəfindən müşahidə edilmişdir, ona görə də hazırda qeydə alınmış bərabərlik onların adlarını daşıyır.
Qrafik olaraq ifadə edilən funksional asılılıqlar P(V) və ya V(P) hiperbolalara bənzəyir. İzotermik təcrübənin aparıldığı temperatur nə qədər yüksək olarsa, məhsul PV bir o qədər böyük olar.
İzotermik prosesdə qaz daxili enerjisini dəyişmədən genişlənir və ya daralır.
Daimi təzyiqdə keçid
İndi isə təzyiqin sabit saxlanıldığı izobar prosesi öyrənək. Belə bir keçidin nümunəsi qazın pistonun altında qızdırılmasıdır. Qızdırma nəticəsində hissəciklərin kinetik enerjisi artır, onlar pistonu daha tez-tez və daha böyük güclə vurmağa başlayır, nəticədə qaz genişlənir. Genişlənmə prosesində qaz səmərəliliyi 40% olan bəzi işləri yerinə yetirir (monatomik qaz üçün).
Bu izoproses üçün ideal qazın vəziyyət tənliyi deyir ki, aşağıdakı əlaqə saxlanmalıdır:
V/T=const
Sabit təzyiq Klapeyron tənliyinin sağ tərəfinə, temperatur isə sola ötürülürsə, onu əldə etmək asandır. Bu bərabərlik Çarlz qanunu adlanır.
Bərabərlik V(T) və T(V) funksiyalarının qrafiklərdə düz xətlərə bənzədiyini göstərir. V(T) xəttinin absisə nisbətən meyli nə qədər kiçik olarsa, təzyiq də bir o qədər çox olar. S.
Daimi səs səviyyəsində keçid
Məqalədə nəzərdən keçirəcəyimiz qazlarda sonuncu izoproses izoxorik keçiddir. Universal Clapeyron tənliyindən istifadə edərək, bu keçid üçün aşağıdakı bərabərliyi əldə etmək asandır:
P/T=const
İzokorik keçid Gay-Lussac qanunu ilə təsvir edilmişdir. Görünür ki, qrafik olaraq P(T) və T(P) funksiyaları düz xətlər olacaqdır. Hər üç izoxorik proses arasında, xarici istilik təchizatı səbəbindən sistemin temperaturunu artırmaq lazımdırsa, izoxorik ən səmərəlidir. Bu proses zamanı qaz heç bir iş görmür, yəni bütün istilik sistemin daxili enerjisini artırmağa yönəldiləcək.
