Die gasvormige toestand van die materie rondom ons is een van die drie algemene vorme van materie. In fisika word hierdie vloeibare toestand van aggregasie gewoonlik beskou in die benadering van 'n ideale gas. Deur hierdie benadering te gebruik, beskryf ons in die artikel moontlike isoprosesse in gasse.
Ideale gas en die universele vergelyking om dit te beskryf
'n Ideale gas is een waarvan die deeltjies nie afmetings het nie en nie met mekaar in wisselwerking is nie. Natuurlik is daar nie 'n enkele gas wat presies aan hierdie voorwaardes voldoen nie, aangesien selfs die kleinste atoom - waterstof, 'n sekere grootte het. Boonop is daar selfs tussen neutrale edelgasatome 'n swak van der Waals-interaksie. Dan ontstaan die vraag: in watter gevalle kan die grootte van gasdeeltjies en die interaksie tussen hulle verwaarloos word? Die antwoord op hierdie vraag sal die nakoming van die volgende fisies-chemiese toestande wees:
- laagdruk (ongeveer 1 atmosfeer en minder);
- hoë temperature (ongeveer kamertemperatuur en hoër);
- chemiese traagheid van molekules en atomegas.
As ten minste een van die voorwaardes nie nagekom word nie, moet die gas as werklik beskou word en beskryf word deur 'n spesiale van der Waals-vergelyking.
Die Mendeleev-Clapeyron-vergelyking moet oorweeg word voordat isoprosesse bestudeer word. Die ideale gasvergelyking is sy tweede naam. Dit het die volgende notasie:
PV=nRT
Dit wil sê, dit koppel drie termodinamiese parameters: druk P, temperatuur T en volume V, sowel as die hoeveelheid n van die stof. Die simbool R dui hier die gaskonstante aan, dit is gelyk aan 8,314 J / (Kmol).
Wat is isoprosesse in gasse?
Hierdie prosesse word verstaan as oorgange tussen twee verskillende toestande van die gas (aanvanklike en finale), as gevolg waarvan sommige hoeveelhede behoue bly en ander verander. Daar is drie tipes isoprosesse in gasse:
- isotermiese;
- isobaric;
- isochoric.
Dit is belangrik om daarop te let dat almal van hulle eksperimenteel bestudeer en beskryf is in die tydperk vanaf die tweede helfte van die 17de eeu tot die 30's van die 19de eeu. Op grond van hierdie eksperimentele resultate het Émile Clapeyron in 1834 'n vergelyking afgelei wat universeel is vir gasse. Hierdie artikel is andersom gebou - deur die toestandsvergelyking toe te pas, kry ons formules vir isoprosesse in ideale gasse.
Oorgang by konstante temperatuur
Dit word 'n isotermiese proses genoem. Uit die toestandsvergelyking van 'n ideale gas volg dit dat by 'n konstante absolute temperatuur in 'n geslote sisteem, die produk konstant moet blyvolume tot druk, d.w.s.:
PV=konst
Hierdie verhouding is inderdaad in die tweede helfte van die 17de eeu deur Robert Boyle en Edm Mariotte waargeneem, so die gelykheid wat tans aangeteken is, dra hul name.
Funksionele afhanklikhede P(V) of V(P), grafies uitgedruk, lyk soos hiperbole. Hoe hoër die temperatuur waarteen die isotermiese eksperiment uitgevoer word, hoe groter is die produk PV.
In 'n isotermiese proses brei 'n gas uit of trek saam, en doen werk sonder om sy interne energie te verander.
Oorgang teen konstante druk
Kom ons bestudeer nou die isobariese proses, waartydens die druk konstant gehou word. 'n Voorbeeld van so 'n oorgang is die verhitting van die gas onder die suier. As gevolg van verhitting neem die kinetiese energie van die deeltjies toe, hulle begin die suier meer dikwels en met groter krag tref, waardeur die gas uitbrei. In die proses van uitbreiding verrig die gas 'n mate van werk, waarvan die doeltreffendheid 40% is (vir 'n monoatomiese gas).
Vir hierdie isoproses sê die toestandsvergelyking vir 'n ideale gas dat die volgende verband moet geld:
V/T=konstant
Dit is maklik om te kry as konstante druk na die regterkant van die Clapeyron-vergelyking oorgedra word, en temperatuur - na links. Hierdie gelykheid word Charles se wet genoem.
Gelykheid dui aan dat die funksies V(T) en T(V) soos reguit lyne op die grafieke lyk. Die helling van die lyn V(T) relatief tot die abskis sal wees hoe kleiner, hoe groter die drukBl.
Oorgang teen konstante volume
Die laaste isoproses in gasse, wat ons in die artikel sal oorweeg, is die isochoriese oorgang. Deur die universele Clapeyron-vergelyking te gebruik, is dit maklik om die volgende gelykheid vir hierdie oorgang te verkry:
P/T=konstant
Die isochoriese oorgang word beskryf deur die Gay-Lussac-wet. Dit kan gesien word dat grafies die funksies P(T) en T(P) reguit lyne sal wees. Onder al drie isochoriese prosesse is isochoriese prosesse die doeltreffendste as dit nodig is om die temperatuur van die sisteem te verhoog as gevolg van die verskaffing van eksterne hitte. Tydens hierdie proses werk die gas nie, dit wil sê al die hitte sal gerig word om die interne energie van die stelsel te verhoog.
