Ізопроцеси - малюнок

Ізопроцеси — види графіків, формули законів, рівняння



Температура (t), об’єм (V) і тиск (P) є головними параметрами стану газу. Будь-яка зміна, яка може протікати в речовині, у фізиці називається термодинамічним процесом (ТП).

Якщо подібне спостерігаються при незмінній масі і постійному значенні одного компонента, тоді явище називається ізопроцесом. Під визначення потрапляє ідеалізована модель реального процесу в газі.

Ізопроцеси - визначення

Трактування понять

Газ є одним з чинних агрегатних станів речовини, для якого характерний слабкий зв’язок між компонентами і велика рухливість частинок. Останні пересуватимуться хаотично і вільно. При їх зіткненні змінюється їх характер руху.

Реальний газ вважається високо перегрітою парою. Його властивості дещо відрізняються від ідеального газу.

У термодинаміки розрізняються два стани газу:

  • насичені пари або системи з двома фазами;
  • перегріті пари або однофазові системи.

Гази, як і рідини, мають текучість. Вони добре чинять опір деформації. На відміну від води, газ не має фіксованого об’єму. Він прагне заповнити всю посудину. Ізопроцеси в газах підкоряються законам, які визначають залежність між двома параметрами речовини при постійному значенні третього. Оскільки рівняння справедливо для будь-якої суміші, тому формула ізотермічного процесу (ІП) виражається наступним чином:

T = const

Саме поняття ізотермічного процесу трактується як новий стан речовини, що протікає при незмінній температурі.

Процес відповідає закону Бойля-Маріотта: для газу певної маси добуток об’єму на тиск постійний, якщо не змінюється температура.

Рівність зображується на графіку ізопроцесів за допомогою гіперболи і координат. Окремо відзначаються ізотерми при різних значеннях температури. В останньому випадку дотримується нерівність:

Т1< Т2

Інше поняття, характерне для Р газів — ізобарний процес. Стан суміші змінюється, але кількість тиску залишається постійною. У посудині можуть відбуватися такі явища:

  • розширення;
  • стиснення;
  • охолодження;
  • нагрівання.

Види ізопроцесів

Ізобарний процес підпорядковується закону Гей-Люссака: для газової суміші певної маси відношення V/t постійно, якщо Р не змінюється.

З математичної точки зору, графічне зображення явища є лінійною залежністю.

Ще одним прикладом стану газу вважається ізохорний процес. Його математичний вигляд:

V = const

Під ізохорного процесу явищем у фізиці мається на увазі зміна стан суміші, що протікає при постійному V. Закон Шарля: для частинок певної маси відношення P/t постійно, якщо V const. Графічно закон ізопроцесу діє при різних об’ємах.

Ізопроцеси і рівняння стану ідеального газу вперше були описані в роботах молекулярного фізика Еміля Клапейрона.

Він присвятив свої дослідження:

  • теплоті;
  • рівновазі твердих об’єктів;
  • пластичності.

Еміль першим оцінив значення праці Карно. Йому вдалося ввести в термодинаміку графічний спосіб, діаграми.

Назви ізопроцесів та їх формули

Математичні формули

Стан газових мас характеризується температурою, об’ємом і тиском. За допомогою рівняння формується взаємозв’язок між показниками. Формула використовується в задачах з фізики з метою вивчення внутрішнього теплового процесу. Головні параметри рівняння молекулярно-кінетичної теорії газових речовин:

  • р – тиск, вимірюється в паскалях, позначається Па;
  • m – маса (кг);
  • n – концентрація молекул на певній ділянці.

На уроках фізики і на практиці застосовується кілька формул для аналізу стану газу. За умови теплової рівноваги використовується рівняння Клайперона-Менделєєва. Його складовими показниками є:

  • p – тиск;
  • V – об’єм;
  • t – температура;
  • m – маса;
  • m – молярна маса, яка вимірюється в кг / моль;
  • R – вважається універсальною постійною;
  • k – постійна Больцмана;
  • Na – постійна Авогадро.

Значення двох останніх показників зазначено в спеціальних таблицях молекулярної фізики. Якщо в задачі описаний перехід газових речовин з одного стану в інший, використовується рівняння Клайперона. Для певної маси газу добуток VP, поділений на абсолютну температуру, є постійною. величиною. Окремо обчислюються параметри в момент 1 і 2.

Ізотермічний процес

Додаткові вирази, які використовуються для розрахунку енергії, ступеня ентропії (невпорядкованість) і впорядкованості, концентрації та інших показників в молекулярно-кінетичної теорії (МКТ):

  • Скорочена формула стану газу в ідеальному вигляді. Для запису застосовується постійна Больцмана (k), концентрація молекул (n), температура газу (t).
  • Формула густини речовин. Її можна отримати з головного рівняння.
  • Закон Дальтона: тиск газів з суміші дорівнює сумі парціальних тисків всіх газових компонентів.
  • Парціальне P. використовується для розкладу стану всіх компонентів суміші і визначення тиску однієї речовини, якби воно займало посудину на 100%.

Ізобарний процес

Додаткові процеси

На практичних заняттях з фізики проводяться досліди з адіабатним або адіабатичним процесом (ізоентропійним), пов’язаним з термодинамікою. У явищі немає теплообміну з зовнішнім середовищем. Щоб спостерігати за загальним випадком всіх вищеописаних процесів, використовується газ постійної теплоємності. Явище називається політропічним.

Якщо тиск і температура складових компонентів однаковий, при цьому вони взяті в рівних об’ємах, тоді в використовуваних ідеальних газах міститься одне число молекул. На частку одного моля різних речовин припадає NA =6,02 · 1023 молекул. Це вважається числом Авогадро.

За законом Дальтона, тиск суміші дорівнює сумі парціальних P, що входять до складу. Вираз записується наступним чином:

P cm=P1+P2+… Pn

Останній показник Pn є тиском газу, який би займав весь об’єм посудини.

Найчастіше в старших класах фізики розглядаються ізохоричні процеси, коли ідеальний газ переходить з одного стану в інший, при цьому не змінюється його об’єм. Явище вперше розглянув француз Жак Шарль. Закон записується наступним чином:

PV=vRT

Оскільки v= const і V=const, то для будь-яких різних станів речовин використовується рівність:

P1/T1 = P2/T2 = … Pn/Tn

Закон Шарля математично записується так:

P/T = const

Ізохорний процес

З формули випливає, що між температурою і тиском спостерігається прямо пропорційний зв’язок. Якщо збільшується P, тоді підвищується T, і навпаки. Графік залежності даних величин називається ізохорою. На проміжку абсолютного нуля для кривих передбачена умовна залежність. Пряма доводиться до початку координат за допомогою пунктирних ліній.

Подібна залежність T від P і V при ізобарних і ізохорних процесах визначає точність і ефективність вимірювання температури газовими термометрами.

Першими вчені відкрили ці явища, які вважаються не частими випадками рівняння стану. Пізніше фізики затвердили закон Клапейрона і Менделєєва.

Якщо слідувати хронології, спочатку вивчалися процеси, які протікали при постійній температурі, а потім при одному об’ємі. Останніми розглядалися ізобаричні процеси. Рідкісним і цікавим явищем вважається ізоентропія, коли змінюється термодинамічна система за умови постійної ентропії. Останнє записується як:

S = const

Прикладом подібного вважається адіабатичний оборотний процес. Щоб обчислити ідеальний газ, використовується рівняння:

pVγ = const

де

  • γ – показник адіабати (визначається типом газу).

Для адіабатичного явища характерна відсутність теплоприйому і тепловіддачі. Фізики вважають такі процеси такими, що швидко протікають.

Leave a Reply

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *