Izobarické, izochorické, izotermické a adiabatické procesy pre ideálny plyn

Znalosť definícií vo fyzike je kľúčovým faktorom úspešného riešenia rôznych fyzikálnych problémov. V článku sa budeme zaoberať tým, čo sa myslí izobarickými, izochorickými, izotermickými a adiabatickými procesmi pre ideálny plynový systém.

Ideálny plyn a jeho rovnica

Predtým, ako pristúpime k popisu izobarických, izochorických a izotermických procesov, zvážme, čo je ideálny plyn. Táto definícia vo fyzike sa považuje za systém pozostávajúci z obrovského množstva bezrozmerných a neinteragujúcich častíc, ktoré sa pohybujú vysokou rýchlosťou vo všetkých smeroch. V skutočnosti hovoríme o plynnom agregátnom stave hmoty, v ktorom sú vzdialenosti medzi atómami a molekulami oveľa väčšie ako ich veľkosti a v ktorých je potenciálna energia interakcie častíc zanedbávaná kvôli jej malosti v porovnaní s kinetickou energiou.

Stav ideálneho plynu sa nazýva súhrn jeho termodynamických parametrov. Hlavné sú teplota, objem a tlak. Označme ich písmenami T, V A P. V 30. rokoch XIX storočia Clapeyron (francúzsky vedec) prvýkrát napísal rovnicu, ktorá kombinuje tieto termodynamické parametre v rámci jednej rovnosti. Má formu:

P * v = n * R * T,

kde n A R sú množstvo látok a konštanta plynu.

Čo sú izoprocesy v plynoch?

Ako si mnohí všimli, izobarické, izochorické a Izotermické procesy používajú vo svojom názve rovnakú predponu "umenie". Znamená to rovnosť jedného termodynamického parametra počas prechodu celého procesu, zatiaľ čo zvyšné parametre sa menia. Napríklad izotermický proces naznačuje, že v dôsledku toho , absolútna teplota systému je udržiavaná konštantná a izochorický proces indikuje stálosť objemu.

Izoprocesy sú vhodné na štúdium, pretože stanovenie jedného z termodynamických parametrov vedie k zjednodušeniu všeobecnej rovnice stavu plynu. Je dôležité poznamenať, že zákony o plyne pre všetky tieto izoprocesy boli objavené experimentálne. Ich analýza umožnila Clapeyronovi získať redukovanú univerzálnu rovnicu.

Izobarické, izochorické a Izotermické procesy

Prvý zákon bol objavený pre izotermický proces v ideálnom plyne. Teraz sa nazýva zákon Boyle-Marriott. Pretože T sa nemení, stavová rovnica znamená rovnosť:

P * v = const.

Inými slovami, akákoľvek zmena tlaku v systéme vedie k nepriamo úmernej zmene jeho objemu, ak sa teplota plynu udržiava konštantná. Graf funkcie P (V) je hyperbola.

Izobarický proces je zmena stavu systému, v ktorom tlak zostáva konštantný. Po stanovení hodnoty P v clapeyronovej rovnici získame nasledujúci zákon:

V / T = const.

Táto rovnosť nesie meno francúzskeho fyzika Jacquesa Charlesa, ktorý ju dostal na konci XVIII. Izobar (grafické znázornenie funkcie V (T)) vyzerá ako priamka. Čím väčší je tlak v systéme, tým rýchlejšie sa táto čiara zvyšuje.

Izobarický proces sa dá ľahko vykonať, ak sa plyn zahrieva pod piestom. Molekuly týchto molekúl zvyšujú svoju rýchlosť (kinetickú energiu), vytvárajú vyšší tlak na piest, čo vedie k rozšírenie plynu a udržiavanie konštantnej hodnoty P.

Nakoniec je tretí izoproces izochorický. Prechádza s konštantným objemom. Z rovnice stavu získame zodpovedajúcu rovnosť:

P / T = const.

Medzi fyzikmi je známy ako zákon Gay-Lussac. Priama proporcionalita medzi tlakom a absolútnou teplotou naznačuje, že graf izochorického procesu, podobne ako graf izobarického, je priamka s kladným koeficientom sklonu.

Je dôležité pochopiť, že všetky izoprocesy sa vyskytujú v uzavretých systémoch, to znamená, že počas ich priebehu sa zachová hodnota n.

Adiabatický proces

Tento proces nepatrí do "Kategórie iso", pretože všetky tri termodynamické parametre sa počas jeho prechodu menia. Adiabatický je prechod medzi dvoma stavmi systému, v ktorom si nevymieňa teplo s prostredie. Rozšírenie systému sa teda uskutočňuje vďaka jeho vnútorným energetickým rezervám, čo vedie k výraznému poklesu tlaku a absolútnej teploty v ňom.

Adiabatický proces pre ideálny plyn je opísaný v poissonove rovnice. Jeden z nich je uvedený nižšie:

P * V^γ = const,

kde γ - je pomer tepelných kapacít pri konštantnom tlaku a pri konštantnom objeme.

Adiabatický graf sa líši od izochorického procesného grafu a od izobarického grafu, ale je podobný hyperbole (izoterme). Adiabát v osiach P-V sa Správa ostrejšie ako izoterma.