สถานะก๊าซของสสารรอบตัวเราเป็นหนึ่งในสามรูปแบบทั่วไปของสสาร ในวิชาฟิสิกส์ สถานะการรวมตัวของไหลนี้มักจะพิจารณาในการประมาณของก๊าซในอุดมคติ การใช้ค่าประมาณนี้ เราได้อธิบายในบทความเกี่ยวกับกระบวนการไอโซโพรเซสในก๊าซ
ก๊าซในอุดมคติและสมการสากลเพื่ออธิบาย
ก๊าซในอุดมคติคือก๊าซที่มีอนุภาคไม่มีมิติและไม่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน เห็นได้ชัดว่าไม่มีก๊าซชนิดเดียวที่ตรงตามเงื่อนไขเหล่านี้ เนื่องจากแม้แต่อะตอมที่เล็กที่สุด - ไฮโดรเจนก็มีขนาดที่แน่นอน ยิ่งกว่านั้น แม้กระทั่งระหว่างอะตอมของก๊าซมีตระกูลที่เป็นกลาง ก็ยังมีปฏิกิริยาแวนเดอร์วาลส์ที่อ่อนแอ จากนั้นคำถามก็เกิดขึ้น: ในกรณีใดขนาดของอนุภาคก๊าซและปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคเหล่านี้จะถูกละเลย? คำตอบสำหรับคำถามนี้คือการปฏิบัติตามเงื่อนไขทางเคมีและฟิสิกส์ต่อไปนี้:
- ความดันต่ำ (ประมาณ 1 บรรยากาศและต่ำกว่า);
- อุณหภูมิสูง (ประมาณอุณหภูมิห้องขึ้นไป);
- ความเฉื่อยทางเคมีของโมเลกุลและอะตอมแก๊ส.
ถ้าไม่เป็นไปตามเงื่อนไขอย่างน้อยหนึ่งข้อ แสดงว่าก๊าซนั้นถือว่าเป็นของจริงและอธิบายโดยสมการพิเศษของแวนเดอร์วาลส์
ต้องพิจารณาสมการ Mendeleev-Clapeyron ก่อนศึกษากระบวนการไอโซโพรเซส สมการก๊าซในอุดมคติคือชื่อที่สอง มันมีสัญกรณ์ต่อไปนี้:
PV=nRT
นั่นคือมันเชื่อมโยงสามพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์: ความดัน P อุณหภูมิ T และปริมาตร V เช่นเดียวกับปริมาณ n ของสาร สัญลักษณ์ R ที่นี่แสดงถึงค่าคงที่ของแก๊ส เท่ากับ 8.314 J / (Kmol)
ไอโซโพรเซสในแก๊สคืออะไร
กระบวนการเหล่านี้เข้าใจว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงระหว่างสถานะที่แตกต่างกันสองสถานะ (เริ่มต้นและขั้นสุดท้าย) อันเป็นผลมาจากการที่ปริมาณบางส่วนได้รับการเก็บรักษาไว้และบางส่วนมีการเปลี่ยนแปลง ไอโซโพรเซสในแก๊สมีสามประเภท:
- ไอโซเทอร์มอล;
- isobaric;
- ไอโซโคริก
โปรดทราบว่าทั้งหมดได้รับการศึกษาทดลองและอธิบายในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 17 ถึง 30 ของศตวรรษที่ 19 จากผลการทดลองเหล่านี้ Émile Clapeyron ในปี 1834 ได้สมการที่เป็นสากลสำหรับก๊าซ บทความนี้สร้างขึ้นในลักษณะอื่น - การใช้สมการสถานะ เราจะได้สูตรสำหรับกระบวนการไอโซโพรเซสในก๊าซในอุดมคติ
การเปลี่ยนแปลงที่อุณหภูมิคงที่
เรียกว่ากระบวนการไอโซเทอร์มอล จากสมการสถานะของก๊าซในอุดมคติ ที่อุณหภูมิสัมบูรณ์คงที่ในระบบปิด ผลิตภัณฑ์จะต้องคงที่ปริมาตรต่อแรงกดดัน เช่น
PV=const
Robert Boyle และ Edm Mariotte สังเกตเห็นความสัมพันธ์นี้ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 17 ดังนั้นความเท่าเทียมกันที่บันทึกไว้ในปัจจุบันจึงมีชื่อของพวกเขา
ฟังก์ชันขึ้นต่อกัน P(V) หรือ V(P) แสดงเป็นภาพกราฟิก ดูเหมือนไฮเปอร์โบลา ยิ่งอุณหภูมิสูงในการทดลองไอโซเทอร์มอล ค่า PV.
ก็จะยิ่งมากขึ้น
ในกระบวนการเก็บอุณหภูมิ ก๊าซจะขยายตัวหรือหดตัว ทำงานโดยไม่เปลี่ยนพลังงานภายใน
การเปลี่ยนแปลงที่ความดันคงที่
ตอนนี้ มาศึกษากระบวนการไอโซบาริกกัน ในระหว่างที่ความดันคงที่ ตัวอย่างของการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวคือความร้อนของก๊าซภายใต้ลูกสูบ เป็นผลมาจากความร้อนพลังงานจลน์ของอนุภาคเพิ่มขึ้นพวกเขาเริ่มตีลูกสูบบ่อยขึ้นและด้วยแรงที่มากขึ้นอันเป็นผลมาจากการขยายตัวของก๊าซ ในกระบวนการขยายตัว ก๊าซจะทำงานบางอย่าง ซึ่งมีประสิทธิภาพอยู่ที่ 40% (สำหรับก๊าซโมโนโทมิก)
สำหรับไอโซโพรเซสนี้ สมการของสถานะของก๊าซในอุดมคติบอกว่าความสัมพันธ์ต่อไปนี้ต้องคงอยู่:
V/T=const
หาได้ง่ายถ้าความดันคงที่ถูกถ่ายโอนไปทางด้านขวาของสมการ Clapeyron และอุณหภูมิ - ไปทางซ้าย ความเท่าเทียมกันนี้เรียกว่ากฎของชาร์ลส์
Equality แสดงว่าฟังก์ชัน V(T) และ T(V) ดูเหมือนเส้นตรงบนกราฟ ความชันของเส้น V(T) ที่สัมพันธ์กับ abscissa จะยิ่งน้อย ความกดดันยิ่งมากขึ้นป.
การเปลี่ยนที่ปริมาณคงที่
ไอโซโพรเซสสุดท้ายในแก๊ส ซึ่งเราจะพิจารณาในบทความนี้คือการเปลี่ยนผ่านไอโซโคริก การใช้สมการ Clapeyron สากล ทำให้ง่ายต่อการได้รับความเท่าเทียมกันต่อไปนี้สำหรับการเปลี่ยนแปลงนี้:
P/T=const
การเปลี่ยนแปลง isochoric อธิบายโดยกฎหมาย Gay-Lussac จะเห็นได้ว่ากราฟฟังก์ชัน P(T) และ T(P) จะเป็นเส้นตรง ในบรรดากระบวนการ isochoric ทั้งสามกระบวนการ isochoric นั้นมีประสิทธิภาพมากที่สุดหากจำเป็นต้องเพิ่มอุณหภูมิของระบบเนื่องจากการจ่ายความร้อนจากภายนอก ในระหว่างกระบวนการนี้ แก๊สจะไม่ทำงาน กล่าวคือ ความร้อนทั้งหมดจะถูกส่งไปเพื่อเพิ่มพลังงานภายในระบบ
