Рівняння стану ідеального газу. Изопроцессы в газах
Газове стан навколишнього нас матерії являє собою одну з трьох поширених форм речовини. Зазначене текуче агрегатний стан у фізиці прийнято розглядати в наближенні ідеального газу. Використовуючи це наближення, опишемо в статті можливі изопроцессы в газах.
низький тиск (порядку 1 атмосфери і нижче); високі температури (близько кімнатній і вище); хімічна інертність молекул і атомів газу. Якщо хоча б одна з умов не дотримується, то газ слід вважати реальним і описувати його спеціальним рівнянням Ван-дер-Ваальса. Рівняння Менделєєва-Клапейрона необхідно розглянути перед вивченням изопроцессов. Рівняння ідеального газу – його друга назва. Воно має наступну форму запису: P*V = n*R*T Тобто воно пов'язує три термодинамічних параметри: тиск P, температури T і об'єм V, а також кількість n речовини. Символом R тут позначено газова постійна величина, вона дорівнює 8314 Дж /(К * моль).
ізотермічний; ізобарний; ізохорний. Важливо відзначити, що всі вони були експериментально вивчені і описані в період з другої половини XVII ст. і до 30-х років XIX століття. На підставі цих експериментальних результатів Еміль Клапейрон в 1834 році отримав рівняння, універсальне для газів. Дана ж стаття побудована навпаки - застосовуючи рівняння стану, отримаємо формули для изопроцессов в ідеальних газах.
Для цього ізопроцесів рівняння стану ідеального газу говорить про те, що повинно виконуватися наступне співвідношення: V/T = const Отримати його легко, якщо постійний тиск перенести в праву частину рівняння Клапейрона, а температуру – в ліву. Ця рівність називається законом Шарля. Рівність свідчить про те, що функції V(T) і T(V) мають вигляд прямих ліній на графіках. Нахил лінії V(T) відносно осі абсцис буде тим менше, чим більше величина тиску P.
Ідеальний газ і універсальне рівняння для опису
Ідеальним називають такий газ, частинки якого не мають розмірів і не взаємодіють один з одним. Очевидно, що не існує жодного газу, який би задовольняв цим умовам, оскільки навіть самий маленький атом – водень, володіє певними розмірами. Більш того, навіть між нейтральними атомами благородних газів існує слабке ван-дер-ваальсовое взаємодія. Тоді постає питання: в яких випадках можна знехтувати розмірами газових частинок і взаємодією між ними? Відповіддю на це питання буде дотримання таких фізико-хімічних умов:Що таке изопроцессы в газах?
Під цими процесами розуміють переходи між двома різними станами газу (початковим і кінцевим), в результаті яких зберігаються одні величини і змінюються інші. Виділяють три типи ізопроцесів в газах:Перехід при постійній температурі
Він називається ізотермічним процесом. З рівняння стану ідеального газу випливає, що при постійній абсолютній температурі в закритій системі повинно залишатися постійним добуток об'єму на тиск, тобто: P*V = const Цю залежність дійсно спостерігали Роберт Бойль і Эдм Маріотт у другій половині XVII століття, тому в даний час записане рівність носить їх прізвища. Функціональні залежності P(V) або V(P), виражені графічно, мають вигляд гіпербол. Чим вище температура, при якій проводять ізотермічний експеримент, тим більше добуток P*V. При ізотермічному процесі газ розширюється або стискається, здійснюючи роботу і не змінюючи своєї внутрішньої енергії.Перехід при постійному тиску
Тепер вивчимо ізобарний процес, під час якого тиск підтримується постійним. Прикладом такого переходу є нагрівання газу, що знаходиться під поршнем. В результаті нагріву збільшується кінетична енергія частинок, вони починають частіше і з більшою силою ударяти по поршню, в результаті чого газ розширюється. У процесі розширення газ виконує певну роботу, ККД якої становить 40 % (для одноатомного газу).Для цього ізопроцесів рівняння стану ідеального газу говорить про те, що повинно виконуватися наступне співвідношення: V/T = const Отримати його легко, якщо постійний тиск перенести в праву частину рівняння Клапейрона, а температуру – в ліву. Ця рівність називається законом Шарля. Рівність свідчить про те, що функції V(T) і T(V) мають вигляд прямих ліній на графіках. Нахил лінії V(T) відносно осі абсцис буде тим менше, чим більше величина тиску P.
Перехід при незмінному обсязі
Останнім изопроцессом в газах, який ми розглянемо у статті, є ізохорний перехід. Використовуючи універсальне рівняння Клапейрона, нескладно отримати наступне рівняння для цього переходу: P/T = const Ізохорний перехід описується законом Гей - Люссака. Видно, що графічно функції P(T) і T(P) будуть представляти собою прямі лінії. Серед усіх трьох изопроцессов, ізохорний є найефективнішим, якщо необхідно підвищити температуру системи за рахунок підведення зовнішнього тепла. Під час цього процесу газ не здійснює роботи, тобто все тепло буде спрямовано на збільшення внутрішньої енергії системи.Добрі поради по темі

Наука
Рівняння Клапейрона-Менделєєва для ідеального газу

Наука
Ізохорна теплоємність ідеального газу

Наука
Ізобарний процеси, ізохорний, ізотермічний та адиабатный для ідеального газу

Наука
Фізична модель ідеального газу. Модель ідеального газу. Властивості газів

Наука
Поняття про внутрішню енергію ідеального газу: формули і приклад завдання

Наука
"Веселий": синоніми до слова, тлумачення

Наука
Тиск газу - формула. Формула тиску газу в посудині

Наука
Ідеальний газ і рівняння Бойля-Маріотта. Приклад завдання