Ֆիզիկայի սահմանումների իմացությունը տարբեր ֆիզիկական խնդիրներ հաջողությամբ լուծելու հիմնական գործոնն է: Հոդվածում մենք կքննարկենք, թե ինչ է նշանակում իզոբար, իզոխորիկ, իզոթերմալ և ադիաբատիկ գործընթացներ իդեալական գազային համակարգի համար:
Իդեալական գազ և դրա հավասարումը
Նախքան իզոբար, իզոխորիկ և իզոթերմային պրոցեսների նկարագրությանը անցնելը, եկեք դիտարկենք, թե ինչ է իդեալական գազը։ Ֆիզիկայի այս սահմանման համաձայն նրանք համարում են մի համակարգ, որը բաղկացած է հսկայական թվով չափազուրկ և չփոխազդող մասնիկներից, որոնք շարժվում են մեծ արագությամբ բոլոր ուղղություններով: Փաստորեն, մենք խոսում ենք նյութի գազային ագրեգատ վիճակի մասին, որտեղ ատոմների և մոլեկուլների միջև հեռավորությունները շատ են գերազանցում իրենց չափերը, և որտեղ մասնիկների փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիան անտեսվում է իր փոքրության պատճառով՝ համեմատած կինետիկ էներգիայի հետ։
Իդեալական գազի վիճակը նրա ջերմադինամիկական պարամետրերի ամբողջությունն է: Հիմնականներն են ջերմաստիճանը, ծավալը և ճնշումը։ Նշանակենք դրանք համապատասխանաբար T, V և P տառերով։ XIX դարի 30-ական թթԿլապեյրոնը (ֆրանսիացի գիտնական) առաջին անգամ գրեց մի հավասարում, որը միավորում է նշված թերմոդինամիկական պարամետրերը մեկ հավասարության մեջ: Կարծես՝
PV=nRT,
որտեղ n-ը և R-ը համապատասխանաբար նյութերի քանակն են և գազի հաստատունը:
Ի՞նչ են իզոպրեսսները գազերում:
Ինչպես շատերն են նկատել, իզոբար, իզոխորիկ և իզոթերմային գործընթացներն իրենց անվանումներում օգտագործում են նույն «իզո» նախածանցը: Դա նշանակում է մեկ թերմոդինամիկական պարամետրի հավասարություն ամբողջ գործընթացի ընթացքում, մինչդեռ մնացած պարամետրերը փոխվում են: Օրինակ՝ իզոթերմային պրոցեսը ցույց է տալիս, որ արդյունքում համակարգի բացարձակ ջերմաստիճանը պահպանվում է հաստատուն, մինչդեռ իզոխորիկ պրոցեսը ցույց է տալիս հաստատուն ծավալ։
Իզոպրոցեսները հարմար են ուսումնասիրելու համար, քանի որ թերմոդինամիկական պարամետրերից մեկի ամրագրումը հանգեցնում է գազի վիճակի ընդհանուր հավասարման պարզեցմանը: Կարևոր է նշել, որ այս բոլոր իզոպրոցեսների համար գազի օրենքները հայտնաբերվել են փորձարարական ճանապարհով: Նրանց վերլուծությունը թույլ տվեց Կլապեյրոնին ստանալ կրճատված համընդհանուր հավասարումը:
Իզոբար, իզոխորիկ և իզոթերմալ գործընթացներ
Առաջին օրենքը հայտնաբերվել է իդեալական գազում իզոթերմային գործընթացի համար: Այժմ այն կոչվում է Բոյլ-Մարիոտի օրենք։ Քանի որ T-ն չի փոխվում, վիճակի հավասարումը ենթադրում է հավասարություն՝
PV=Const.
Այլ կերպ ասած՝ համակարգում ճնշման ցանկացած փոփոխություն հանգեցնում է դրա ծավալի հակադարձ համեմատական փոփոխության, եթե գազի ջերմաստիճանը պահպանվում է հաստատուն։ P(V) ֆունկցիայի գրաֆիկն էհիպերբոլիա.
Իզոբարային պրոցես - սա համակարգի վիճակի փոփոխություն է, որի դեպքում ճնշումը մնում է հաստատուն։ Կլապեյրոնի հավասարման մեջ ամրագրելով P-ի արժեքը՝ մենք ստանում ենք հետևյալ օրենքը՝
V/T=Const.
Այս հավասարությունը կրում է ֆրանսիացի ֆիզիկոս Ժակ Շառլի անունը, որն այն ստացել է 18-րդ դարի վերջին։ Իզոբարը (V(T) ֆունկցիայի գրաֆիկական պատկերը) ուղիղ գծի տեսք ունի։ Որքան մեծ է ճնշումը համակարգում, այնքան ավելի արագ է բարձրանում այս գիծը:
Իզոբարային գործընթացը հեշտ է իրականացնել, եթե գազը ջեռուցվում է մխոցի տակ: Վերջինիս մոլեկուլները մեծացնում են իրենց արագությունը (կինետիկ էներգիա), մխոցի վրա ստեղծում են ավելի մեծ ճնշում, ինչը հանգեցնում է գազի ընդլայնման և P-ի մշտական արժեքի պահպանմանը։
Վերջապես, երրորդ իզոպրոցեսը իզոխորիկ է: Այն աշխատում է մշտական ծավալով։ Վիճակի հավասարումից ստանում ենք համապատասխան հավասարություն՝
P/T=Const.
Այն ֆիզիկոսների շրջանում հայտնի է որպես Գեյ-Լյուսակի օրենք։ Ճնշման և բացարձակ ջերմաստիճանի ուղիղ համեմատականությունը ցույց է տալիս, որ իզոխորիկ գործընթացի գրաֆիկը, ինչպես և իզոբարայինի գրաֆիկը, ուղիղ գիծ է դրական թեքությամբ:
Կարևոր է հասկանալ, որ բոլոր իզոպրոցեսները տեղի են ունենում փակ համակարգերում, այսինքն՝ n-ի արժեքը պահպանվում է դրանց ընթացքի ընթացքում:
Ադիաբատիկ գործընթաց
Այս գործընթացը չի պատկանում «iso» կատեգորիային, քանի որ դրա անցման ընթացքում փոխվում են բոլոր երեք թերմոդինամիկական պարամետրերը։ ադիաբատիկկոչվում է անցում համակարգի երկու վիճակների միջև, երբ այն ջերմությունը չի փոխանակում շրջակա միջավայրի հետ։ Այսպիսով, համակարգի ընդլայնումն իրականացվում է նրա ներքին էներգիայի պաշարների շնորհիվ, ինչը հանգեցնում է նրանում ճնշման և բացարձակ ջերմաստիճանի զգալի անկման։
Ադիաբատիկ գործընթացը իդեալական գազի համար նկարագրված է Պուասոնի հավասարումներով: Դրանցից մեկը ներկայացված է ստորև՝
PVγ=Const,
որտեղ γ-ը ջերմային հզորությունների հարաբերակցությունն է մշտական ճնշման և հաստատուն ծավալի դեպքում:
Ադիաբատիկ գրաֆիկը տարբերվում է իզոխորիկ գործընթացի գրաֆիկից և իզոբարային գրաֆիկից, սակայն այն նման է հիպերբոլային (իզոթերմ): P-V առանցքներում ադիաբատն իրեն ավելի կտրուկ է պահում, քան իզոթերմը:
