የ isothermal ሂደት ግራፍ። መሰረታዊ ቴርሞዳይናሚክስ ሂደቶች

2024 ደራሲ ደራሲ: Angel Austin | [email protected]. ለመጨረሻ ጊዜ የተሻሻለው: 2023-12-17 05:15

የጋዝ ሥርዓቶችን ቴርሞዳይናሚክስ የማጥናት ዋናው ጉዳይ የቴርሞዳይናሚክስ ግዛቶች ለውጥ ነው። በእንደዚህ አይነት ለውጦች ምክንያት, ጋዝ ስራን መስራት እና ውስጣዊ ሃይልን ሊያከማች ይችላል. በተመጣጣኝ ጋዝ ውስጥ የተለያዩ የቴርሞዳይናሚክስ ሽግግሮችን ከዚህ በታች ባለው ጽሑፍ ውስጥ እናጠና። የኢሶተርማል ሂደትን ግራፍ ለማጥናት ልዩ ትኩረት ይሰጣል።

ጥሩ ጋዞች

በስም ስንገመግም 100% ተስማሚ ጋዞች በተፈጥሮ ውስጥ የሉም ማለት እንችላለን። ሆኖም፣ ብዙ እውነተኛ ንጥረ ነገሮች ይህንን ጽንሰ-ሀሳብ በተግባራዊ ትክክለኛነት ያረካሉ።

ጥሩ ጋዝ ማንኛውም ጋዝ ሲሆን በውስጡም ቅንጣቶች እና መጠኖቻቸው መካከል ያለውን መስተጋብር ችላ የሚሉበት። ሁለቱም ሁኔታዎች የሚሟሉት የሞለኪውሎቹ የእንቅስቃሴ ኃይል በመካከላቸው ካለው ትስስር እምቅ ኃይል በጣም የሚበልጥ ከሆነ እና በሞለኪውሎች መካከል ያለው ርቀት ከቅንጣው መጠን በጣም የሚበልጥ ከሆነ ብቻ ነው።

የትኛው እንደሆነ ለማወቅበጥናት ላይ ያለው ጋዝ ተስማሚ ከሆነ, ቀላል ህግን መጠቀም ይችላሉ-በሲስተሙ ውስጥ ያለው የሙቀት መጠን ከክፍል ሙቀት በላይ ከሆነ, ግፊቱ ከከባቢ አየር ግፊት በጣም የተለየ አይደለም ወይም ከእሱ ያነሰ አይደለም, እና ስርዓቱን የሚያካትት ሞለኪውሎች. በኬሚካላዊ ሁኔታ የማይነቃቁ ናቸው፣ ከዚያ ጋዙ ተስማሚ ይሆናል።

ዋና ህግ

እየተነጋገርን ያለነው ስለ ሃሳባዊ የጋዝ እኩልነት ነው፣ እሱም የ Clapeyron-Mendeleev ህግ ተብሎም ይጠራል። ይህ እኩልነት በ 30 ዎቹ ውስጥ በ 19 ኛው ክፍለ ዘመን በፈረንሳዊው መሐንዲስ እና የፊዚክስ ሊቅ ኤሚል ክላፔሮን የተጻፈ ነው. ከጥቂት አሥርተ ዓመታት በኋላ ሩሲያዊው ኬሚስት ሜንዴሌቭ ወደ ዘመናዊው ቅርጽ አመጣ. ይህ እኩልታ ይህን ይመስላል፡

PV=nRT.

በቀመር በግራ በኩል የግፊት P እና ጥራዝ V ነው፣በቀመር በቀኝ በኩል የሙቀት T እና የንጥረ ነገር n መጠን አለ። R ሁለንተናዊ የጋዝ ቋሚ ነው. በኬልቪን የሚለካው ቲ ፍፁም የሙቀት መጠን መሆኑን ልብ ይበሉ።

የክላፔይሮን-ሜንዴሌቭ ህግ በመጀመሪያ የተገኘው ከቀደምት የጋዝ ህጎች ውጤቶች ማለትም በሙከራ መሰረት ላይ ብቻ ነው። በዘመናዊው ፊዚክስ እድገት እና በፈሳሾች የኪነቲክ ቲዎሪ ፣ ተስማሚ የጋዝ እኩልነት የስርዓቱን ቅንጣቶች ጥቃቅን ባህሪ ከግምት ውስጥ በማስገባት ሊገኝ ይችላል።

Isothermal ሂደት

ይህ ሂደት በጋዞች፣ ፈሳሾች ወይም ጠጣር ውስጥ የሚከሰት ምንም ይሁን ምን፣ በጣም ግልጽ የሆነ ፍቺ አለው። የኢሶተርማል ሽግግር በሁለት ግዛቶች መካከል የሚደረግ ሽግግር የስርዓቱ የሙቀት መጠን ነውተጠብቆ፣ ማለትም ሳይለወጥ ይቀራል። ስለዚህ የኢሶተርማል ሂደት ግራፍ በጊዜ ዘንጎች (x axis) - የሙቀት መጠን (y axis) አግድም መስመር ይሆናል።

ጥሩ ጋዝን በተመለከተ፣ ለእሱ ያለው የኢተርማል ሽግግር የቦይል-ማሪዮት ህግ ተብሎ እንደሚጠራ እናስተውላለን። ይህ ህግ በሙከራ የተገኘ ነው። ከዚህም በላይ በዚህ አካባቢ (የ 17 ኛው ክፍለ ዘመን ሁለተኛ አጋማሽ) የመጀመሪያው ሆነ. የጋዝ ባህሪን በተዘጋ ስርዓት (n=const) በቋሚ የሙቀት መጠን (T=const) ውስጥ ካገናዘበ በእያንዳንዱ ተማሪ ሊገኝ ይችላል. የግዛቱን እኩልታ በመጠቀም፣

እናገኛለን

nRT=const=>

PV=const.

የመጨረሻው እኩልነት የቦይል-ማሪዮት ህግ ነው። በፊዚክስ የመማሪያ መጽሃፍት ውስጥ፣ ይህን የመጻፍ ዘዴም ማግኘት ይችላሉ፡

P₁ V₁=P₂ V ₂.

ከአይኦተርማል ሁኔታ 1 ወደ ቴርሞዳይናሚክስ ሁኔታ 2 በሚሸጋገርበት ጊዜ የድምጽ መጠን እና የግፊት ምርት ለተዘጋ የጋዝ ስርዓት ቋሚ ሆኖ ይቆያል።

የተጠናው ህግ በP እና V እሴቶች መካከል ስላለው የተገላቢጦሽ ተመጣጣኝነት ይናገራል፡

P=const / V.

ይህ ማለት የኢሶተርማል ሂደት ግራፍ በጥሩ ጋዝ ውስጥ የሃይፐርቦላ ኩርባ ይሆናል። ሶስት ሃይፐርቦላዎች ከታች ባለው ምስል ይታያሉ።

እያንዳንዳቸው ኢሶተርም ይባላሉ። በሲስተሙ ውስጥ ያለው የሙቀት መጠን ከፍ ባለ መጠን ፣ ከመስተካከያው መጥረቢያዎች በጣም ይርቃል isotherm ይሆናል። ከላይ ካለው ስእል በመነሳት አረንጓዴው በስርዓቱ ውስጥ ካለው ከፍተኛ የሙቀት መጠን እና ሰማያዊ እስከ ዝቅተኛው ጋር ይዛመዳል ብለን መደምደም እንችላለን በሦስቱም ውስጥ ያለው የቁስ መጠንስርዓቶች ተመሳሳይ ናቸው. በሥዕሉ ላይ ያሉት ሁሉም isotherms ለተመሳሳይ የሙቀት መጠን የተገነቡ ከሆነ ይህ ማለት አረንጓዴው ኩርባ በይዘቱ መጠን ከትልቁ ስርዓት ጋር ይዛመዳል ማለት ነው።

በአውታርማል ሂደት ውስጥ የውስጥ ሃይል ለውጥ

በተስማሚ ጋዞች ፊዚክስ ውስጥ፣ የውስጥ ሃይል ከሞለኪውሎች ተዘዋዋሪ እና የትርጉም እንቅስቃሴ ጋር የተቆራኘ የኪነቲክ ሃይል እንደሆነ ተረድቷል። ከኪነቲክ ቲዎሪ የሚከተለውን ቀመር ማግኘት ቀላል ነው የውስጥ ሃይል ዩ፡

U=z / 2nRT.

Z የት ሞለኪውሎች የነጻ እንቅስቃሴ ዲግሪዎች ብዛት ነው። ከ 3 (ሞናቶሚክ ጋዝ) እስከ 6 (ፖሊዮቶሚክ ሞለኪውሎች) ይደርሳል።

በአይዞተርማል ሂደት ውስጥ የሙቀት መጠኑ ቋሚ ሆኖ ይቆያል ይህም ማለት የውስጣዊ ሃይል ለውጥ ብቸኛው ምክንያት የቁስ አካል ወደ ስርዓቱ መውጣት ወይም መምጣት ነው. ስለዚህ፣ በተዘጉ ሲስተሞች፣ በግዛታቸው ውስጥ የኢተርማል ለውጥ በሚደረግበት ጊዜ፣ የውስጥ ሃይል ይጠበቃል።

ኢሶባሪክ እና ኢሶኮሪክ ሂደቶች

ከቦይል-ማሪዮት ህግ በተጨማሪ በሙከራ የተገኙ ሁለት ተጨማሪ መሰረታዊ የጋዝ ህጎች አሉ። የፈረንሣይ ቻርለስ እና ጌይ-ሉሳክን ስም ይይዛሉ። በሂሳብ ደረጃ እንዲህ ተጽፈዋል፡

V / T=const ጊዜ P=const;

P / T=const ጊዜ V=const።

የቻርለስ ህግ በኢሶባሪክ ሂደት ውስጥ (P=const) ድምጹ በቀጥታ በፍፁም የሙቀት መጠን ይወሰናል ይላል። የግብረ ሰዶማውያን ህግ በግፊት እና በፍፁም የሙቀት መጠን መካከል ያለውን ቀጥተኛ ግንኙነት በ isochoric ያሳያልሽግግር (V=const)።

ከተሰጡት እኩልነቶች የ isobaric እና isochoric ሽግግር ግራፎች ከ isothermal ሂደት በእጅጉ ይለያያሉ። ኢሶተርም የሃይፐርቦላ ቅርጽ ካለው ኢሶባር እና ኢሶኮሬ ቀጥ ያሉ መስመሮች ናቸው።

ኢሶባሪክ-አይሶዘርማል ሂደት

የጋዝ ህጎችን በሚመለከቱበት ጊዜ አንዳንድ ጊዜ ከቲ ፣ ፒ እና ቪ እሴቶች በተጨማሪ በ Clapeyron-Mendeleev ህግ ውስጥ የ n ዋጋ ሊለወጥ እንደሚችል ይረሳል። ግፊቱን እና የሙቀት መጠኑን ካስተካከልን የ isobaric-isothermal ሽግግር እኩልታ እናገኛለን፡

n / V=const ጊዜ T=const ፣ P=const።

በንጥረ ነገር መጠን እና በመጠን መካከል ያለው ቀጥተኛ ግንኙነት በተመሳሳይ ሁኔታዎች ውስጥ ተመሳሳይ መጠን ያለው ንጥረ ነገር የያዙ የተለያዩ ጋዞች በእኩል መጠን ይይዛሉ። ለምሳሌ፣ በመደበኛ ሁኔታዎች (0 ^oC፣ 1 ከባቢ አየር)፣ የማንኛውም ጋዝ ሞላር መጠን 22.4 ሊትር ነው። የታሰበው ህግ የአቮጋድሮ መርህ ይባላል። የዳልተን ተስማሚ የጋዝ ድብልቅ ህግን መሰረት ያደረገ ነው።