Zināšanas par definīcijām fizikā ir galvenais faktors dažādu fizisko problēmu veiksmīgai risināšanai. Rakstā apskatīsim, kas ideālai gāzes sistēmai ir domāts ar izobāriskajiem, izohoriskajiem, izotermiskajiem un adiabātiskajiem procesiem.
Ideāla gāze un tās vienādojums
Pirms turpināt izobarisko, izohorisko un izotermisko procesu aprakstu, apsvērsim, kas ir ideāla gāze. Saskaņā ar šo definīciju fizikā viņi uzskata sistēmu, kas sastāv no milzīga skaita bezdimensiju un savstarpēji nesaistītu daļiņu, kas pārvietojas ar lielu ātrumu visos virzienos. Faktiski mēs runājam par gāzveida vielas agregātu stāvokli, kurā attālumi starp atomiem un molekulām ievērojami pārsniedz to izmērus un kurā daļiņu potenciālā mijiedarbības enerģija ir atstāta novārtā tās mazuma dēļ, salīdzinot ar kinētisko enerģiju.
Ideālās gāzes stāvoklis ir tās termodinamisko parametru kopums. Galvenie ir temperatūra, tilpums un spiediens. Apzīmēsim tos attiecīgi ar burtiem T, V un P. XIX gadsimta 30. gadosKlapeirons (franču zinātnieks) vispirms pierakstīja vienādojumu, kas apvieno norādītos termodinamiskos parametrus vienā vienādībā. Tas izskatās šādi:
PV=nRT,
kur n un R ir attiecīgi vielu daudzums un gāzes konstante.
Kas ir izoprocesi gāzēs?
Kā daudzi ir pamanījuši, izobāriskie, izohoriskie un izotermiskie procesi savos nosaukumos izmanto vienu un to pašu prefiksu "iso". Tas nozīmē viena termodinamiskā parametra vienādību visa procesa gaitā, kamēr pārējie parametri mainās. Piemēram, izotermisks process norāda, ka rezultātā sistēmas absolūtā temperatūra tiek uzturēta nemainīga, savukārt izohorisks process norāda uz nemainīgu tilpumu.
Izoprocesus ir ērti pētīt, jo, fiksējot vienu no termodinamiskajiem parametriem, tiek vienkāršots vispārējais gāzes stāvokļa vienādojums. Ir svarīgi atzīmēt, ka gāzes likumi visiem šiem izoprocesiem tika atklāti eksperimentāli. Viņu analīze ļāva Klepeironam iegūt reducēto universālo vienādojumu.
Izobariskie, izohoriskie un izotermiskie procesi
Pirmais likums tika atklāts izotermiskam procesam ideālā gāzē. Tagad to sauc par Boila-Mariotas likumu. Tā kā T nemainās, stāvokļa vienādojums nozīmē vienādību:
PV=konst.
Citiem vārdiem sakot, jebkuras spiediena izmaiņas sistēmā izraisa apgriezti proporcionālas izmaiņas tās tilpumā, ja gāzes temperatūra tiek uzturēta nemainīga. Funkcijas P(V) grafiks irhiperbola.
Izobāriskais process – tā ir sistēmas stāvokļa maiņa, kurā spiediens paliek nemainīgs. Nofiksējot P vērtību Klepeirona vienādojumā, mēs iegūstam šādu likumu:
V/T=konst.
Šai vienlīdzībai ir franču fiziķa Žaka Čārlza vārds, kurš to saņēma 18. gadsimta beigās. Izobar (funkcijas V(T) grafiskais attēlojums) izskatās kā taisna līnija. Jo lielāks spiediens sistēmā, jo ātrāk šī līnija paceļas.
Izobārisko procesu ir viegli īstenot, ja gāze tiek uzkarsēta zem virzuļa. Pēdējās molekulas palielina ātrumu (kinētisko enerģiju), rada lielāku spiedienu uz virzuli, kas noved pie gāzes izplešanās un saglabā nemainīgu vērtību P.
Visbeidzot, trešais izoprocess ir izohorisks. Tas darbojas ar nemainīgu skaļumu. No stāvokļa vienādojuma iegūstam atbilstošo vienādību:
P/T=konst.
Fiziķi to pazīst kā Geja-Lusaka likumu. Tiešā proporcionalitāte starp spiedienu un absolūto temperatūru norāda, ka izohoriskā procesa grafiks, tāpat kā izobāriskā grafiks, ir taisna līnija ar pozitīvu slīpumu.
Ir svarīgi saprast, ka visi izoprocesi notiek slēgtās sistēmās, tas ir, to norises laikā tiek saglabāta n vērtība.
Adiabātiskais process
Šis process nepieder pie "iso" kategorijas, jo visi trīs termodinamiskie parametri mainās tā pārejas laikā. adiabātiskssauc par pāreju starp diviem sistēmas stāvokļiem, kuros tā neapmaina siltumu ar vidi. Tādējādi sistēmas paplašināšana tiek veikta tās iekšējo enerģijas rezervju dēļ, kas izraisa ievērojamu spiediena un absolūtās temperatūras kritumu tajā.
Adiabātisku procesu ideālai gāzei apraksta Puasona vienādojumi. Viens no tiem ir parādīts zemāk:
PVγ=const,
kur γ ir siltuma jaudu attiecība nemainīgā spiedienā un nemainīgā tilpumā.
Adiabātiskais grafiks atšķiras no izohoriskā procesa grafika un izobāriskā grafika, taču tas ir līdzīgs hiperbolai (izotermai). Adiabāts P-V asīs darbojas asāk nekā izoterma.
