ቴርሞዳይናሚክስ የቴርሞዳይናሚክስ ስርዓቶችን ሚዛናዊ በሆነ መልኩ የሚያጠና እና የሚገልፅ የፊዚክስ ክፍል ነው። የቴርሞዳይናሚክስ እኩልታዎችን በመጠቀም ከአንዳንድ የመነሻ ሁኔታ ወደ መጨረሻው ሁኔታ የሚደረገውን ሽግግር ለመግለጽ እንዲቻል የኳሲ-ስታቲክ ሂደትን ግምታዊ ማድረግ ያስፈልጋል። ይህ ግምታዊ ምንድ ነው, እና የእነዚህ ሂደቶች ዓይነቶች ምንድ ናቸው, በዚህ ጽሑፍ ውስጥ እንመለከታለን.
በኳሲ-ስታቲክ ሂደት ማለት ምን ማለት ነው?
እንደምታውቁት ቴርሞዳይናሚክስ የስርዓቱን ሁኔታ ለመግለጽ በሙከራ ሊለካ የሚችል የማክሮስኮፒክ ባህሪያትን ይጠቀማል። እነዚህም ግፊት ፒ፣ የድምጽ መጠን V እና ፍፁም የሙቀት መጠን T ያካትታሉ። ሶስቱም መጠኖች በጥናት ላይ ባለው ስርዓት በተወሰነ ቅጽበት የሚታወቁ ከሆነ፣ ሁኔታው ተወስኗል ይላሉ።
የኳሲ-ስታቲክ ሂደት ጽንሰ-ሀሳብ በሁለት ግዛቶች መካከል የሚደረግ ሽግግርን ያመለክታል። በዚህ ሽግግር ወቅት እ.ኤ.አ.በተፈጥሮ, የስርዓቱ ቴርሞዳይናሚክስ ባህሪያት ይለወጣሉ. ሽግግሩ በሚቀጥልበት በእያንዳንዱ ቅጽበት ፣ ቲ ፣ ፒ እና ቪ በስርአቱ የሚታወቁ ከሆነ እና ከተመጣጣኝ ሁኔታው ብዙም የራቀ አይደለም ፣ ከዚያ የኳሲ-ስታቲክ ሂደት ይከሰታል እንላለን። በሌላ አነጋገር, ይህ ሂደት በተመጣጣኝ ሁኔታዎች ስብስብ መካከል ያለው ተከታታይ ሽግግር ነው. በፍጥነት ወደ ሚዛናዊነት ለመምጣት ጊዜ እንዲኖረው በስርአቱ ላይ ያለው የውጭ ተጽእኖ እዚህ ግባ የሚባል አይደለም ብሎ ያስባል።
እውነተኛ ሂደቶች ኳሲ-ስታቲክ አይደሉም፣ስለዚህ እየተገመገመ ያለው ፅንሰ-ሀሳብ ተስማሚ ይሆናል። ለምሳሌ, ጋዝ ሲሰፋ ወይም ሲጨመቅ, በእሱ ውስጥ የተዘበራረቁ ለውጦች እና የሞገድ ሂደቶች አሉ, ይህም ለመዳከም የተወሰነ ጊዜ ይጠይቃሉ. ቢሆንም፣ በበርካታ ተግባራዊ ጉዳዮች፣ ቅንጣቶች በከፍተኛ ፍጥነት በሚንቀሳቀሱባቸው ጋዞች፣ ሚዛኑ በፍጥነት ይዘጋጃል፣ ስለዚህ በእነሱ ውስጥ ባሉ ግዛቶች መካከል ያሉ የተለያዩ ሽግግሮች በከፍተኛ ትክክለኛነት እንደ ኳሲ-ስታቲክ ሊቆጠሩ ይችላሉ።
የግዛት እና የሂደት አይነቶች በጋዞች ውስጥ
ጋዝ በቴርሞዳይናሚክስ ውስጥ ለጥናት ምቹ የሆነ የቁስ ሁኔታ ነው። ይህ የሆነበት ምክንያት ለገለፃው ከላይ የተጠቀሱትን ሦስቱን የቴርሞዳይናሚክ መጠኖች የሚያገናኝ ቀላል እኩልታ በመኖሩ ነው። ይህ እኩልታ የ Clapeyron-Mendeleev ህግ ይባላል. ይህን ይመስላል፡
PV=nRT
ይህን እኩልታ በመጠቀም ሁሉም አይነት isoprocesses እና adiabatic ሽግግር እናየ isobar ፣ isotherm ፣ isochore እና adiabat ግራፎች ተሠርተዋል። በእኩልነት, n በስርዓቱ ውስጥ ያለው ንጥረ ነገር መጠን ነው, R ለሁሉም ጋዞች ቋሚ ነው. ከዚህ በታች ሁሉንም የታወቁ የኳሲ-ስታቲክ ሂደቶችን እንመለከታለን።
Isothermal ሽግግር
በመጀመሪያ የተካሄደው በ17ኛው ክፍለ ዘመን መጨረሻ ላይ የተለያዩ ጋዞችን ለአብነት በመጠቀም ነው። ተጓዳኝ ሙከራዎች በሮበርት ቦይል እና በኤድ ማሪዮቴ ተከናውነዋል። ሳይንቲስቶች የሚከተለውን ውጤት አምጥተዋል፡
PV=const ጊዜ T=const
በሲስተሙ ውስጥ ያለውን ግፊት ከጨመሩ፣ሲስተሙ የማያቋርጥ የሙቀት መጠን የሚይዝ ከሆነ መጠኑ ከዚህ ጭማሪ ጋር በተመጣጣኝ መጠን ይቀንሳል። ይህንን ህግ ከራስዎ ግዛት እኩልታ ማውጣት ቀላል ነው።
በግራፉ ላይ ያለው ኢሶተርም ወደ ፒ እና ቪ መጥረቢያ የሚጠጋ ሃይፐርቦላ ነው።
ኢሶባሪክ እና አይዞሆሪክ ሽግግሮች
ኢሶባሪክ (በቋሚ ግፊት) እና ኢሶኮሪክ (በቋሚ መጠን) በጋዞች ውስጥ የሚደረጉ ለውጦች በ19ኛው ክፍለ ዘመን መጀመሪያ ላይ ተምረዋል። በጥናታቸው እና ተዛማጅ ህጎችን በማግኘታቸው ትልቅ ጥቅም የፈረንሳዩ ዣክ ቻርልስ እና ጌይ-ሉሳክ ናቸው። ሁለቱም ሂደቶች በሒሳብ እንደሚከተለው ይወከላሉ፡
V/T=const ጊዜ P=const፤
P/T=const ጊዜ V=const
ሁለቱም አገላለጾች ከስቴት እኩልታ ይከተላሉ፣ተዛማጁን ግቤት ቋሚ ካደረግነው።
እነዚህን ሽግግሮች በአንድ አንቀጽ ስር አጣምረናቸው ምክንያቱም ተመሳሳይ የግራፊክ ውክልና ስላላቸው። እንደ isotherm ሳይሆን isobar እና isochore ቀጥተኛ መስመሮች ናቸው።በድምጽ እና በሙቀት እና በግፊት እና በሙቀት መካከል ቀጥተኛ ተመጣጣኝነትን አሳይ።
አዲያባቲክ ሂደት
ከተገለጹት isoprocesses የሚለየው ከአካባቢው ሙሉ በሙሉ በሙቀት መገለል ነው። በአድያባቲክ ሽግግር ምክንያት, ጋዝ ይስፋፋል ወይም ከአካባቢው ጋር ያለ ሙቀት ልውውጥ ይጨመራል. በዚህ ሁኔታ ፣ በውስጣዊ ጉልበቱ ላይ ተመጣጣኝ ለውጥ ይከሰታል ፣ ማለትም፡
dU=- PdV
የ adiabatic quasi-static ሂደትን ለመግለጽ ሁለት መጠኖችን ማወቅ አስፈላጊ ነው፡ isobaric CP እና isochoric CVየሙቀት አቅም። እሴቱ CP ለስርዓቱ ምን ያህል ሙቀት መሰጠት እንዳለበት ይነግራል ይህም በአይሶባሪክ መስፋፋት ወቅት የሙቀት መጠኑን በ1 ኪ ይጨምራል። ዋጋው CV ማለት ተመሳሳይ ነው፣ለቋሚ የድምጽ መጠን ማሞቂያ ብቻ።
የዚህ ሂደት ለተመጣጣኝ ጋዝ ቀመር የፖይሰን እኩልታ ይባላል። በP እና V መለኪያዎች እንደሚከተለው ተጽፏል፡
PVγ=const
እዚህ መለኪያ γ adiabatic ገላጭ ይባላል። ከCP እና CV ጋር እኩል ነው። ለሞናቶሚክ ጋዝ γ=1.67፣ ለዲያቶሚክ ጋዝ - 1.4፣ ጋዙ ይበልጥ በተወሳሰቡ ሞለኪውሎች ከተፈጠረ፣ ከዚያም γ=1.33.
የ adiabatic ሂደት የሚከሰተው በራሱ የውስጥ ሃይል ሀብቶች ምክንያት ብቻ ስለሆነ፣ በ P-V axes ውስጥ ያለው የ adiabatic ግራፍ ከአይዞተርም ግራፍ የበለጠ በደንብ ይሠራል።(hyperbole)።
