Cunoașterea definițiilor în fizică este un factor cheie pentru rezolvarea cu succes a diferitelor probleme fizice. În articol, vom lua în considerare ce se înțelege prin procese izobare, izocorice, izoterme și adiabatice pentru un sistem de gaze ideale.
Gazul ideal și ecuația acestuia
Înainte de a trece la descrierea proceselor izobare, izocorice și izoterme, să luăm în considerare ce este un gaz ideal. În conformitate cu această definiție în fizică, ei consideră un sistem format dintr-un număr imens de particule adimensionale și care nu interacționează care se mișcă cu viteze mari în toate direcțiile. De fapt, vorbim de o stare agregată gazoasă a materiei, în care distanțele dintre atomi și molecule depășesc cu mult dimensiunile acestora și în care energia potențială de interacțiune a particulelor este neglijată din cauza micimii sale, în comparație cu energia cinetică.
Starea unui gaz ideal este totalitatea parametrilor termodinamici ai acestuia. Principalele sunt temperatura, volumul și presiunea. Să le notăm cu literele T, V și, respectiv, P. În anii 30 ai secolului al XIX-leaClapeyron (un om de știință francez) a scris mai întâi o ecuație care combină parametrii termodinamici indicați într-o singură egalitate. Arată ca:
PV=nRT,
unde n și R sunt cantitatea de substanțe și, respectiv, constanta gazului.
Ce sunt izoprocesele în gaze?
După cum mulți au observat, procesele izobare, izocorice și izoterme folosesc același prefix „iso” în numele lor. Înseamnă egalitatea unui parametru termodinamic în timpul parcurgerii întregului proces, în timp ce parametrii rămași se modifică. De exemplu, un proces izoterm indică faptul că, ca rezultat, temperatura absolută a sistemului este menținută constantă, în timp ce un proces izocor indică un volum constant.
Izoprocesele sunt convenabile de studiat, deoarece fixarea unuia dintre parametrii termodinamici duce la o simplificare a ecuației generale a stării gazului. Este important de menționat că legile gazelor pentru toate aceste izoprocese au fost descoperite experimental. Analiza lor i-a permis lui Clapeyron să obțină ecuația universală redusă.
Procese izobarice, izocorice și izoterme
Prima lege a fost descoperită pentru un proces izoterm într-un gaz ideal. Acum se numește legea Boyle-Mariotte. Deoarece T nu se modifică, ecuația de stare implică egalitatea:
PV=const.
Cu alte cuvinte, orice modificare a presiunii în sistem duce la o modificare invers proporțională a volumului acestuia, dacă temperatura gazului este menținută constantă. Graficul funcției P(V) estehiperbolă.
Proces izobaric - aceasta este o schimbare a stării sistemului, în care presiunea rămâne constantă. După ce am fixat valoarea lui P în ecuația Clapeyron, obținem următoarea lege:
V/T=const.
Această egalitate poartă numele fizicianului francez Jacques Charles, care a primit-o la sfârșitul secolului al XVIII-lea. Izobara (reprezentarea grafică a funcției V(T)) arată ca o linie dreaptă. Cu cât presiunea este mai mare în sistem, cu atât această linie crește mai repede.
Procedeul izobaric este ușor de implementat dacă gazul este încălzit sub piston. Moleculele acestora din urmă își măresc viteza (energia cinetică), creează o presiune mai mare asupra pistonului, ceea ce duce la dilatarea gazului și menținerea unei valori constante a P.
În cele din urmă, al treilea izoproces este izocor. Funcționează cu un volum constant. Din ecuația de stare obținem egalitatea corespunzătoare:
P/T=const.
Este cunoscută printre fizicieni drept legea lui Gay-Lussac. Proporționalitatea directă dintre presiune și temperatura absolută indică faptul că graficul procesului izocor, ca și graficul izobarului, este o dreaptă cu o pantă pozitivă.
Este important să înțelegem că toate izoprocesele apar în sisteme închise, adică valoarea lui n este păstrată în timpul cursului lor.
Proces adiabatic
Acest proces nu aparține categoriei „iso”, deoarece toți cei trei parametri termodinamici se modifică în timpul trecerii sale. adiabaticnumită tranziție între două stări ale sistemului, în care acesta nu face schimb de căldură cu mediul. Astfel, extinderea sistemului se realizează datorită rezervelor sale interne de energie, ceea ce duce la o scădere semnificativă a presiunii și a temperaturii absolute în acesta.
Procesul adiabatic pentru un gaz ideal este descris de ecuațiile lui Poisson. Una dintre ele este prezentată mai jos:
PVγ=const,
unde γ este raportul dintre capacitățile termice la presiune constantă și la volum constant.
Graful adiabatic diferă de graficul procesului izocor și de graficul izobar, dar este similar cu o hiperbolă (izotermă). Adiabatul din axele P-V se comportă mai ascuțit decât izoterma.
