Kunskap om definitioner inom fysik är en nyckelfaktor för att framgångsrikt lösa olika fysiska problem. I artikeln kommer vi att överväga vad som menas med isobariska, isokoriska, isotermiska och adiabatiska processer för ett idealiskt gassystem.
Idealgas och dess ekvation
Innan vi går vidare till beskrivningen av isobariska, isokoriska och isotermiska processer, låt oss överväga vad en idealgas är. Under denna definition i fysik betraktar de ett system som består av ett stort antal dimensionslösa och icke-interagerande partiklar som rör sig med höga hastigheter i alla riktningar. I själva verket talar vi om ett gasformigt aggregattillstånd av materia, där avstånden mellan atomer och molekyler vida överstiger deras storlekar och där den potentiella energin för interaktion mellan partiklar försummas på grund av dess litenhet, jämfört med den kinetiska energin.
Tillståndet för en idealgas är helheten av dess termodynamiska parametrar. De viktigaste är temperatur, volym och tryck. Låt oss beteckna dem med bokstäverna T, V respektive P. På 30-talet av XIX-taletClapeyron (en fransk vetenskapsman) skrev först ner en ekvation som kombinerar de angivna termodynamiska parametrarna inom en enda likhet. Det ser ut som:
PV=nRT,
där n och R är mängden ämnen respektive gaskonstanten.
Vad är isoprocesser i gaser?
Som många har märkt använder isobariska, isokoriska och isotermiska processer samma "iso"-prefix i sina namn. Det betyder att en termodynamisk parameter är lika under hela processen, medan de återstående parametrarna ändras. Till exempel indikerar en isoterm process att systemets absoluta temperatur som ett resultat hålls konstant, medan en isokorisk process indikerar en konstant volym.
Isoprocesser är bekväma att studera, eftersom fixering av en av de termodynamiska parametrarna leder till en förenkling av den allmänna ekvationen för gastillstånd. Det är viktigt att notera att gaslagarna för alla dessa isoprocesser upptäcktes experimentellt. Deras analys gjorde det möjligt för Clapeyron att erhålla den reducerade universella ekvationen.
Isobariska, isokoriska och isotermiska processer
Den första lagen upptäcktes för en isoterm process i en idealisk gas. Nu heter den Boyle-Mariotte-lagen. Eftersom T inte ändras, innebär tillståndsekvationen likheten:
PV=konst.
Med andra ord leder varje tryckförändring i systemet till en omvänt proportionell förändring av dess volym, om gasens temperatur hålls konstant. Grafen för funktionen P(V) ärhyperbole.
Isobarisk process - detta är en förändring i systemets tillstånd, där trycket förblir konstant. Efter att ha fixerat värdet på P i Clapeyrons ekvation får vi följande lag:
V/T=konst.
Denna jämlikhet bär namnet på den franske fysikern Jacques Charles, som fick den i slutet av 1700-talet. Isobaren (grafisk representation av V(T)-funktionen) ser ut som en rak linje. Ju mer tryck i systemet, desto snabbare stiger denna linje.
Den isobariska processen är lätt att implementera om gasen värms upp under kolven. Molekylerna i den senare ökar sin hastighet (kinetisk energi), skapar ett högre tryck på kolven, vilket leder till att gasen expanderar och bibehåller ett konstant värde på P.
Slutligen är den tredje isoprocessen isokorisk. Den körs med konstant volym. Från tillståndsekvationen får vi motsvarande likhet:
P/T=konst.
Det är känt bland fysiker som Gay-Lussacs lag. Den direkta proportionaliteten mellan tryck och absolut temperatur indikerar att grafen för den isokoriska processen, liksom grafen för den isobariska processen, är en rät linje med en positiv lutning.
Det är viktigt att förstå att alla isoprocesser förekommer i slutna system, det vill säga att värdet på n bevaras under deras förlopp.
Adiabatisk process
Denna process tillhör inte kategorin "iso", eftersom alla tre termodynamiska parametrar ändras under dess passage. adiabatiskkallas övergången mellan två tillstånd i systemet, där det inte utbyter värme med omgivningen. Utbyggnaden av systemet genomförs alltså på grund av dess interna energireserver, vilket leder till ett betydande tryckfall och absolut temperatur i det.
Adiabatisk process för en idealgas beskrivs av Poissons ekvationer. En av dem visas nedan:
PVγ=const,
där γ är förhållandet mellan värmekapaciteter vid konstant tryck och vid konstant volym.
Den adiabatiska grafen skiljer sig från den isokoriska processgrafen och den isobariska grafen, men den liknar en hyperbel (isoterm). Adiabaten i P-V-axlarna beter sig skarpare än isotermen.
