Somo kuu la kusoma thermodynamics ya mifumo ya gesi ni mabadiliko katika hali ya thermodynamics. Kutokana na mabadiliko hayo, gesi inaweza kufanya kazi na kuhifadhi nishati ya ndani. Hebu tujifunze katika makala hapa chini mabadiliko tofauti ya thermodynamic katika gesi bora. Uangalifu hasa utalipwa kwa kusoma grafu ya mchakato wa isothermal.
Gesi bora
Kwa kuzingatia jina yenyewe, tunaweza kusema kwamba gesi bora 100% haipo katika asili. Hata hivyo, dutu nyingi halisi hutosheleza dhana hii kwa usahihi wa vitendo.
Gesi bora ni gesi yoyote ambayo mwingiliano kati ya chembe zake na saizi zake unaweza kupuuzwa. Masharti yote mawili yatatimizwa ikiwa tu nishati ya kinetiki ya molekuli itakuwa kubwa zaidi kuliko nishati inayoweza kutokea ya vifungo kati yao, na umbali kati ya molekuli utakuwa mkubwa zaidi kuliko saizi ya chembe.
Ili kubaini ni ipiIkiwa gesi iliyo chini ya utafiti ni bora, unaweza kutumia kanuni rahisi ya kidole: ikiwa hali ya joto katika mfumo iko juu ya joto la kawaida, shinikizo sio tofauti sana na shinikizo la anga au chini yake, na molekuli zinazounda mfumo. ni ajizi ya kemikali, basi gesi itakuwa bora.
Sheria Kuu
Tunazungumza kuhusu mlingano bora wa gesi, ambao pia huitwa sheria ya Clapeyron-Mendeleev. Equation hii iliandikwa katika miaka ya 30 ya karne ya XIX na mhandisi wa Kifaransa na mwanafizikia Emile Clapeyron. Miongo michache baadaye, mwanakemia wa Kirusi Mendeleev aliileta kwa fomu yake ya kisasa. Mlinganyo huu unaonekana kama hii:
PV=nRT.
Upande wa kushoto wa mlingano kuna bidhaa ya shinikizo P na ujazo wa V, upande wa kulia wa mlingano ni zao la halijoto T na kiasi cha dutu n. R ni gesi ya ulimwengu wote. Kumbuka kuwa T ndio halijoto kamili, ambayo hupimwa kwa Kelvins.
Sheria ya Clapeyron-Mendeleev ilipatikana kwa mara ya kwanza kutokana na matokeo ya sheria za awali za gesi, yaani, ilitegemea msingi wa majaribio pekee. Pamoja na maendeleo ya fizikia ya kisasa na nadharia ya kinetic ya maji, mlingano bora wa gesi unaweza kutolewa kwa kuzingatia tabia ya hadubini ya chembe za mfumo.
Mchakato wa Isothermal
Bila kujali kama mchakato huu hutokea katika gesi, vimiminika au yabisi, una ufafanuzi wazi kabisa. Mpito wa isothermal ni mpito kati ya majimbo mawili ambayo joto la mfumoiliyohifadhiwa, ambayo ni, inabaki bila kubadilika. Kwa hivyo, grafu ya mchakato wa isothermal katika mihimili ya wakati (x axis) - halijoto (y axis) itakuwa mstari mlalo.
Kuhusu gesi bora, tunakumbuka kuwa mpito wa isothermal kwa hiyo huitwa sheria ya Boyle-Mariotte. Sheria hii iligunduliwa kwa majaribio. Aidha, akawa wa kwanza katika eneo hili (nusu ya pili ya karne ya 17). Inaweza kupatikana kwa kila mwanafunzi ikiwa anazingatia tabia ya gesi katika mfumo wa kufungwa (n=const) kwa joto la mara kwa mara (T=const). Kwa kutumia mlinganyo wa hali, tunapata:
nRT=const=>
PV=const.
Sawa ya mwisho ni sheria ya Boyle-Mariotte. Katika vitabu vya kiada vya fizikia, unaweza pia kupata namna hii ya kuiandika:
P1 V1=P2 V 2.
Wakati wa mabadiliko kutoka hali ya isothermal 1 hadi hali ya 2 ya halijoto, bidhaa ya ujazo na shinikizo husalia thabiti kwa mfumo wa gesi funge.
Sheria iliyochunguzwa inazungumzia uwiano tofauti kati ya thamani za P na V:
P=const / V.
Hii inamaanisha kuwa grafu ya mchakato wa isothermal katika gesi bora itakuwa mkunjo wa hyperbola. Hyperbola tatu zimeonyeshwa kwenye mchoro ulio hapa chini.
Kila moja yao inaitwa isotherm. Ya juu ya joto katika mfumo, mbali zaidi kutoka kwa axes ya kuratibu isotherm itakuwa. Kutoka kwa takwimu hapo juu, tunaweza kuhitimisha kuwa kijani kinalingana na joto la juu zaidi katika mfumo, na bluu hadi chini kabisa, mradi tu kiasi cha dutu katika zote tatu.mifumo ni sawa. Ikiwa isothermu zote katika takwimu zimejengwa kwa joto sawa, basi hii ina maana kwamba curve ya kijani inalingana na mfumo mkubwa zaidi kwa kiasi cha dutu.
Mabadiliko ya nishati ya ndani wakati wa mchakato wa isothermal
Katika fizikia ya gesi bora, nishati ya ndani inaeleweka kama nishati ya kinetiki inayohusishwa na mwendo wa mzunguko na wa kutafsiri wa molekuli. Kutoka kwa nadharia ya kinetiki ni rahisi kupata fomula ifuatayo ya nishati ya ndani U:
U=z / 2nRT.
Ambapo z ni idadi ya digrii za mwendo bila malipo wa molekuli. Inaanzia 3 (gesi ya monatomiki) hadi 6 (molekuli za polyatomiki).
Katika kesi ya mchakato wa isothermal, halijoto hubakia sawa, ambayo ina maana kwamba sababu pekee ya mabadiliko ya nishati ya ndani ni kutoka au kuwasili kwa chembe za dutu kwenye mfumo. Kwa hivyo, katika mifumo iliyofungwa, wakati wa mabadiliko ya isothermal katika hali yao, nishati ya ndani huhifadhiwa.
Michakato ya Isobaric na isochoric
Mbali na sheria ya Boyle-Mariotte, kuna sheria mbili za msingi za gesi ambazo pia ziligunduliwa kwa majaribio. Wana majina ya Charles wa Ufaransa na Gay-Lussac. Kihesabu, zimeandikwa hivi:
V / T=const wakati P=const;
P / T=const wakati V=const.
Sheria ya Charles inasema kwamba wakati wa mchakato wa isobariki (P=const) sauti inategemea kimstari joto kamili. Sheria ya Gay-Lussac inaonyesha uhusiano wa mstari kati ya shinikizo na joto kamili katika isochoric.mpito (V=const).
Kutoka kwa usawa uliotolewa inafuata kwamba grafu za mabadiliko ya isobariki na isokororiki hutofautiana kwa kiasi kikubwa na mchakato wa isothermal. Ikiwa isotherm ina umbo la hyperbola, basi isobar na isochore ni mistari iliyonyooka.
Mchakato wa isobari-isothermal
Wakati wa kuzingatia sheria za gesi, wakati mwingine husahaulika kuwa, pamoja na maadili ya T, P na V, thamani ya n katika sheria ya Clapeyron-Mendeleev pia inaweza kubadilika. Tukirekebisha shinikizo na halijoto, basi tunapata mlinganyo wa mpito wa isobariki-isothermal:
n / V= const wakati T=const, P=const.
Uhusiano wa mstari kati ya kiasi cha dutu na ujazo unapendekeza kuwa chini ya hali sawa, gesi tofauti zilizo na kiwango sawa cha dutu huchukua viwango sawa. Kwa mfano, katika hali ya kawaida (0 oC, angahewa 1), ujazo wa molar ya gesi yoyote ni lita 22.4. Sheria inayozingatiwa inaitwa kanuni ya Avogadro. Inazingatia sheria ya D alton ya mchanganyiko bora wa gesi.
