Kiwango cha joto cha isochoric cha gesi bora

2024 Mwandishi: Angel Austin | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 05:42

Katika thermodynamics, wakati wa kusoma mabadiliko kutoka kwa hali ya awali hadi ya mwisho ya mfumo, ni muhimu kujua athari ya joto ya mchakato. Dhana ya uwezo wa joto inahusiana kwa karibu na athari hii. Katika makala haya, tutazingatia swali la nini maana ya uwezo wa joto wa isochoric wa gesi.

gesi bora

Gesi bora ni gesi ambayo chembe zake huchukuliwa kuwa sehemu za nyenzo, yaani, hazina vipimo, lakini zina wingi, na ndani yake nishati yote ya ndani inajumuisha tu nishati ya kinetic ya harakati ya molekuli. na atomi.

Gesi yoyote halisi kwa hakika haitatosheleza muundo uliofafanuliwa, kwa kuwa chembe zake bado zina vipimo vya mstari na kuingiliana kwa kutumia bondi dhaifu za van der Waals au bondi za kemikali za aina nyingine. Hata hivyo, kwa shinikizo la chini na joto la juu, umbali kati ya molekuli ni kubwa, na nishati yao ya kinetic inazidi nishati inayoweza kutokea kwa mara kadhaa. Haya yote yanawezesha kutumia kwa usahihi wa hali ya juu muundo bora wa gesi halisi.

Nishati ya ndani ya gesi

Nishati ya ndani ya mfumo wowote ni sifa halisi, ambayo ni sawa na jumla ya nishati inayoweza kutokea na ya kinetiki. Kwa kuwa nishati inayowezekana inaweza kupuuzwa katika gesi bora, tunaweza kuandika usawa kwao:

U=E_k.

Ambapo E_k ni nishati ya mfumo wa kinetiki. Kwa kutumia nadharia ya kinetiki ya molekuli na kutumia mlingano wa jumla wa hali ya Clapeyron-Mendeleev, si vigumu kupata usemi wa U. Imeandikwa hapa chini:

U=z/2nRT.

Hapa T, R na n ni halijoto kamili, kiwango kisichobadilika cha gesi na kiasi cha dutu, mtawalia. Thamani ya z ni nambari kamili inayoonyesha idadi ya digrii za uhuru ambazo molekuli ya gesi inayo.

Uwezo wa joto wa Isobaric na isokororiki

Katika fizikia, uwezo wa kuongeza joto ni kiasi cha joto ambacho lazima kitolewe kwa mfumo unaofanyiwa utafiti ili kuupasha joto kwa kelvin moja. Ufafanuzi wa kinyume pia ni kweli, yaani, uwezo wa kuongeza joto ni kiasi cha joto ambacho mfumo hutoa unapopozwa na kelvin moja.

Njia rahisi zaidi ya mfumo ni kubainisha uwezo wa kuongeza joto wa isochoriki. Inaeleweka kama uwezo wa joto kwa kiasi cha mara kwa mara. Kwa kuwa mfumo haufanyi kazi chini ya hali kama hizo, nishati yote hutumiwa kuongeza akiba ya nishati ya ndani. Hebu tuonyeshe uwezo wa joto wa isochoriki kwa ishara C_V, kisha tunaweza kuandika:

dU=C_VdT.

Yaani, mabadiliko ya nishati ya ndanimfumo ni sawia moja kwa moja na mabadiliko ya joto lake. Ikiwa tutalinganisha usemi huu na usawa ulioandikwa katika aya iliyotangulia, basi tunafikia fomula ya C_V katika gesi bora:

С_V=z/2nR.

Thamani hii si rahisi kutumia kwa vitendo, kwa kuwa inategemea kiasi cha dutu kwenye mfumo. Kwa hiyo, dhana ya uwezo maalum wa joto wa isochoric ilianzishwa, yaani, thamani ambayo imehesabiwa ama kwa 1 mol ya gesi au kwa kilo 1. Wacha tuonyeshe thamani ya kwanza kwa ishara C_V, ya pili - kwa ishara C_V m^{. Kwao, unaweza kuandika fomula zifuatazo:}

C_V=z/2R;

C_V^m=z/2R/M.

Hapa M ni molekuli ya molar.

Isobaric ni uwezo wa kuongeza joto huku ukidumisha shinikizo la kila mara kwenye mfumo. Mfano wa mchakato huo ni upanuzi wa gesi katika silinda chini ya pistoni wakati inapokanzwa. Tofauti na mchakato wa isochoric, wakati wa mchakato wa isobaric, joto linalotolewa kwa mfumo hutumiwa kuongeza nishati ya ndani na kufanya kazi ya mitambo, ambayo ni:

H=dU + PdV.

Enthalpy ya mchakato wa isobariki ni zao la uwezo wa joto wa isobariki na mabadiliko ya halijoto katika mfumo, yaani:

H=C_PdT.

Ikiwa tutazingatia upanuzi kwa shinikizo la mara kwa mara la mole 1 ya gesi, basi sheria ya kwanza ya thermodynamics itaandikwa kama:

C_PdT=C_V dT + RdT.

Muhula wa mwisho unapatikana kutoka kwa mlinganyoClapeyron-Mendeleev. Kutoka kwa usawa huu kunafuata uhusiano kati ya uwezo wa joto wa isobaric na isochoric:

C_P=C_V + R.

Kwa gesi bora, uwezo mahususi wa joto la chembechembe katika mgandamizo wa mara kwa mara huwa mkubwa kuliko sifa inayolingana ya isochoriki kwa R=8, 314 J/(molK).

Digrii za uhuru wa molekuli na uwezo wa joto

Hebu tuandike tena fomula ya ujazo mahususi wa molar isochoriki:

C_V=z/2R.

Katika hali ya gesi ya monatomiki, thamani z=3, kwa kuwa atomi katika angani zinaweza tu kusogea katika pande tatu huru.

Ikiwa tunazungumza kuhusu gesi inayojumuisha molekuli za diatomiki, kwa mfano, oksijeni O₂ au hidrojeni H₂, basi, pamoja na mwendo wa kutafsiri, molekuli hizi bado zinaweza kuzungusha shoka mbili zenye usawaziko, yaani, z itakuwa sawa na 5.

Kwa molekuli changamano zaidi, tumia z=6. _{kubainisha C}V