Fizikos apibrėžimų žinojimas yra pagrindinis veiksnys sėkmingai sprendžiant įvairias fizines problemas. Straipsnyje apsvarstysime, ką reiškia izobariniai, izochoriniai, izoterminiai ir adiabatiniai procesai idealiai dujų sistemai.
Idealios dujos ir jų lygtis
Prieš aprašydami izobarinius, izochorinius ir izoterminius procesus, pasvarstykime, kas yra idealios dujos. Pagal šį fizikos apibrėžimą jie laiko sistemą, susidedančią iš daugybės bematių ir nesąveikaujančių dalelių, kurios juda dideliu greičiu visomis kryptimis. Tiesą sakant, mes kalbame apie dujinę agreguotą medžiagos būseną, kurioje atstumai tarp atomų ir molekulių gerokai viršija jų dydžius ir kurioje potenciali dalelių sąveikos energija yra nepaisoma dėl jos mažumo, palyginti su kinetine energija.
Idealiųjų dujų būsena yra jų termodinaminių parametrų visuma. Pagrindiniai yra temperatūra, tūris ir slėgis. Pažymėkime juos atitinkamai T, V ir P raidėmis. XIX amžiaus 30-aisiaisClapeyronas (prancūzų mokslininkas) pirmą kartą užrašė lygtį, kuri sujungia nurodytus termodinaminius parametrus vienoje lygybėje. Atrodo taip:
PV=nRT,
kur n ir R yra atitinkamai medžiagų kiekis ir dujų konstanta.
Kas yra izoprocesai dujose?
Kaip daugelis pastebėjo, izobariniai, izochoriniai ir izoterminiai procesai savo pavadinimuose naudoja tą patį „iso“priešdėlį. Tai reiškia vieno termodinaminio parametro lygybę viso proceso eigoje, o likusieji parametrai keičiasi. Pavyzdžiui, izoterminis procesas rodo, kad dėl to absoliuti sistemos temperatūra išlieka pastovi, o izochorinis procesas rodo pastovų tūrį.
Izoprocesus patogu tirti, nes nustačius vieną iš termodinaminių parametrų, supaprastinama bendroji dujų būsenos lygtis. Svarbu pažymėti, kad visų šių izoprocesų dujų dėsniai buvo atrasti eksperimentiškai. Jų analizė leido Clapeyron gauti sumažintą universalią lygtį.
Izobariniai, izochoriniai ir izoterminiai procesai
Pirmasis dėsnis buvo atrastas izoterminiam procesui idealiose dujose. Dabar jis vadinamas Boyle-Mariotte įstatymu. Kadangi T nesikeičia, būsenos lygtis reiškia lygybę:
PV=konst.
Kitaip tariant, bet koks slėgio pokytis sistemoje sukelia atvirkščiai proporcingą jos tūrio pokytį, jei dujų temperatūra palaikoma pastovi. Funkcijos P(V) grafikas yrahiperbolė.
Izobarinis procesas – tai sistemos būklės pasikeitimas, kurio metu slėgis išlieka pastovus. Nustatę P reikšmę Clapeyrono lygtyje, gauname tokį dėsnį:
V/T=konst.
Ši lygybė pavadinta prancūzų fiziko Jacques'o Charleso vardu, kuris ją gavo XVIII amžiaus pabaigoje. Izobaras (grafinis V(T) funkcijos vaizdas) atrodo kaip tiesi linija. Kuo didesnis slėgis sistemoje, tuo greičiau ši linija kyla.
Izobarinį procesą lengva įgyvendinti, jei dujos kaitinamos po stūmokliu. Pastarųjų molekulės padidina savo greitį (kinetinę energiją), sukuria didesnį slėgį stūmokliui, dėl kurio plečiasi dujos ir palaikoma pastovi P.
Galiausiai trečiasis izoprocesas yra izochorinis. Jis veikia pastoviu garsu. Iš būsenos lygties gauname atitinkamą lygybę:
P/T=konst.
Jis tarp fizikų žinomas kaip Gay-Lussac dėsnis. Tiesioginis slėgio ir absoliučios temperatūros proporcingumas rodo, kad izochorinio proceso grafikas, kaip ir izobarinio grafikas, yra tiesė su teigiamu nuolydžiu.
Svarbu suprasti, kad visi izoprocesai vyksta uždarose sistemose, tai yra, jų eigoje išsaugoma n reikšmė.
Adiabatinis procesas
Šis procesas nepriklauso „iso“kategorijai, nes jo eigoje keičiasi visi trys termodinaminiai parametrai. adiabatinisvadinamas perėjimu tarp dviejų sistemos būsenų, kai ji nekeičia šilumos su aplinka. Taigi, sistemos išplėtimas vykdomas dėl jos vidinių energijos atsargų, todėl joje smarkiai sumažėja slėgis ir absoliuti temperatūra.
Adiabatinis idealių dujų procesas aprašomas Puasono lygtimis. Vienas iš jų parodytas žemiau:
PVγ=const,
kur γ yra šilumos talpų esant pastoviam slėgiui ir pastoviam tūriui santykis.
Adiabatinis grafikas skiriasi nuo izochorinio proceso grafiko ir izobarinio grafiko, bet panašus į hiperbolę (izotermą). Adiabatas P-V ašyse veikia staigiau nei izoterma.
