Qazlar, termodinamika nöqteyi-nəzərindən makroskopik xüsusiyyətlər toplusu ilə təsvir olunur, bunlardan başlıcası temperatur, təzyiq və həcmdir. Bu parametrlərdən birinin sabitliyi və digər ikisinin dəyişməsi qazda bu və ya digər izoprosesin baş verdiyini göstərir. Biz bu məqaləni bunun izoxorik proses olduğu, qaz sisteminin vəziyyətlərində izotermik və izobar dəyişikliklərdən nə ilə fərqləndiyi ilə bağlı sualların ətraflı cavabına həsr edəcəyik.
Fizikada ideal qaz
Bunun izoxorik proses olması sualına cavab verməzdən əvvəl ideal qaz anlayışını daha yaxşı tanımalısınız. Fizikada bu, onu təşkil edən hissəciklərin orta kinetik enerjisinin onların qarşılıqlı təsirinin potensial enerjisindən çox böyük olduğu və bu hissəciklər arasındakı məsafələrin xətti ölçülərindən bir neçə dəfə böyük olduğu hər hansı qaz kimi başa düşülür. Qeyd olunan şərtlər altında, həyata keçirərkən mümkündürhesablamalar zərrəciklər arasındakı qarşılıqlı təsir enerjisini nəzərə almır (sıfıra bərabərdir) və eyni zamanda zərrəciklərin müəyyən kütləsi m olan maddi nöqtələr olduğunu da güman etmək olar.
İdeal qazda baş verən yeganə proses hissəciklərin maddə olan qabın divarları ilə toqquşmasıdır. Bu toqquşmalar praktikada qazda müəyyən təzyiqin olması kimi təzahür edir.
Bir qayda olaraq, nisbətən kimyəvi cəhətdən inert molekullardan ibarət olan və aşağı təzyiqə və yüksək temperatura malik istənilən qaz halında olan maddə praktiki hesablamalar üçün kifayət qədər dəqiqliklə ideal qaz hesab edilə bilər.
İdeal qazı təsvir edən tənlik
Əlbəttə, söhbət Klapeyron-Mendeleyevin universal qanunundan gedir, bunun izoxorik proses olduğunu başa düşmək üçün yaxşı başa düşmək lazımdır. Beləliklə, universal vəziyyət tənliyi aşağıdakı formaya malikdir:
PV=nRT.
Yəni, təzyiqin P və qaz həcminin hasili V mütləq temperaturun T ilə n moldakı maddə miqdarının hasilinə bərabərdir, burada R mütənasiblik əmsalıdır. Tənliyin özü ilk dəfə 1834-cü ildə Emil Klapeyron tərəfindən yazılmış və 19-cu əsrin 70-ci illərində D. Mendeleyev onda vahid universal qaz sabitinin R (8,314 J/(molK) sabit qiymətləri toplusunu əvəz etmişdir.)).
Klapeyron-Mendeleyev tənliyinə uyğun olaraq, qapalı sistemdə qaz hissəciklərinin sayı sabit qalır, ona görə də dəyişə bilən yalnız üç makroskopik parametr var (T, Pvə V). Sonuncu fakt aşağıda müzakirə olunacaq müxtəlif izoproseslərin başa düşülməsinin əsasını təşkil edir.
İzokorik proses nədir?
Bu proses həcminin saxlanıldığı sistemin vəziyyətində mütləq hər hansı dəyişiklik kimi başa düşülür.
Ümumbəşəri hal tənliyinə müraciət etsək, deyə bilərik ki, izoxorik prosesdə qazda yalnız təzyiq və mütləq temperatur dəyişir. Termodinamik parametrlərin necə dəyişdiyini dəqiq başa düşmək üçün müvafiq riyazi ifadəni yazırıq:
P / T=sabit.
Bəzən bu bərabərlik bir qədər fərqli formada verilir:
P1 / T1=P2 / T 2.
Hər iki bərabərlik 18-ci əsrin sonunda qeyd olunan asılılığı eksperimental yolla əldə etmiş fransız aliminin adı ilə Çarlz qanunu adlanır.
P(T) funksiyasının qrafikini qursaq, onda düzxətli asılılıq əldə edirik ki, bu da izoxor adlanır. İstənilən izoxor (n və V-nin bütün qiymətləri üçün) düz xəttdir.
Prosesin enerji təsviri
Qeyd edildiyi kimi, izoxorik proses qapalı, lakin təcrid olunmamış sistemdə baş verən sistemin vəziyyətinin dəyişməsidir. Söhbət qaz və ətraf mühit arasında istilik mübadiləsinin mümkünlüyündən gedir. Ümumiyyətlə, sistemə hər hansı Q istilik təchizatı iki nəticəyə gətirib çıxarır:
- daxili enerjini dəyişir U;
- qazA işləyir, genişləndirir və ya daralır.
Son nəticə riyazi olaraq aşağıdakı kimi yazılır:
Q=U + A.
İdeal qazın izoxorik prosesi öz tərifinə görə qazın gördüyü işi nəzərdə tutmur, çünki onun həcmi dəyişməz qalır. Bu o deməkdir ki, sistemə verilən bütün istilik onun daxili enerjisini artırmağa gedir:
Q=U.
Bu ifadədə daxili enerjinin açıq düsturunu əvəz etsək, izoxorik prosesin istiliyini belə ifadə etmək olar:
Q=z / 2nRT.
Burada z qazı təşkil edən molekulların poliatomik təbiəti ilə müəyyən edilən sərbəstlik dərəcələrinin sayıdır. Bir atomlu qaz üçün z=3, iki atomlu qaz üçün - 5, üç atomlu və daha çoxu üçün - 6. Burada sərbəstlik dərəcələri altında biz tərcümə və fırlanma dərəcələrini nəzərdə tuturuq.
İzokorik və izobar proseslərdə qaz sisteminin qızdırılmasının səmərəliliyini müqayisə etsək, birinci halda maksimum səmərəliliyi əldə edəcəyik, çünki sistemin vəziyyətinin izobarik dəyişməsi zamanı qaz genişlənir və istilik girişinin bir hissəsi işin görülməsinə sərf olunur.
İzobarik proses
Yuxarıda bunun izoxorik proses olduğunu ətraflı təsvir etdik. İndi başqa izoproseslər haqqında bir neçə söz deyək. İzobarikdən başlayaq. Adına əsaslanaraq, sistemin sabit təzyiqdə vəziyyətlər arasında keçidi kimi başa düşülür. Bu proses Gey-Lussac qanunu ilə aşağıdakı kimi təsvir edilmişdir:
V / T=sabit.
İzohorda olduğu kimi, V(T) izobar da qrafikdə düz xətti təmsil edir.
Üçünİstənilən izobar prosesin qazın gördüyü işi hesablamaq rahatdır, çünki o, sabit təzyiqin və həcmin dəyişməsinin məhsuluna bərabərdir.
İzotermik proses
Bu, sistemin temperaturunun sabit qaldığı bir prosesdir. İdeal qaz üçün Boyle-Mariotte qanunu ilə təsvir edilmişdir. Maraqlıdır ki, bu, eksperimental olaraq kəşf edilmiş ilk qaz qanunudur (17-ci əsrin ikinci yarısı). Onun riyazi qeydi belə görünür:
PV=sabit.
İzoxorik və izotermik proseslər qrafik təsvirinə görə fərqlənir, çünki P(V) funksiyası xətti əlaqə deyil, hiperbolikdir.
Problemin həlli nümunəsi
Məqalədə verilən nəzəri məlumatları onların praktiki problemin həlli üçün tətbiqi ilə birləşdirək. Məlumdur ki, təmiz qaz halında olan azot silindrdə 1 atmosfer təzyiqində və 25 °C temperaturda idi. Qaz balonu qızdırıldıqdan və içindəki təzyiq ölçüləndən sonra onun 1,5 atmosfer olduğu məlum olub. Qızdırıldıqdan sonra silindrdəki qazın temperaturu nə qədərdir? Şarda 4 mol azot olarsa, qazın daxili enerjisi hansı miqdarda dəyişdi.
Birinci suala cavab vermək üçün aşağıdakı ifadədən istifadə edirik:
P1 / T1=P2 / T 2.
Aldığımız yer:
T2=P2 / P1 T 1.
Bu ifadədə təzyiq ixtiyari vahidlərlə əvəz edilə bilərölçmələr, çünki onlar daralır və temperatur yalnız kelvinlədir. Bununla belə, əldə edirik:
T2=1.5 /1298.15=447.224 K.
Selsi ilə hesablanmış temperatur 174 °C-dir.
Azot molekulu ikiatomik olduğundan onun daxili enerjisinin qızdırma zamanı dəyişməsini aşağıdakı kimi təyin etmək olar:
ΔU=5 / 2nRΔT.
Məlum dəyərləri bu ifadəyə əvəz etməklə, problemin ikinci sualının cavabını alacağıq: ΔU=+12.4 kJ.
