Procesy isobar, isochoric, isotermic a adiabate pro ideální plyn

Znalost definic ve fyzice je klíčovým faktorem pro úspěšné řešení různých fyzických problémů. V článku zvažte, co se rozumí procesy isobar, izochor, izotermický a adiabat pro ideální plynový systém.

Ideální plyn a jeho rovnice

Než přejdeme k popisu izobarických, izochorických a izotermických procesů, zvažte, jaký je ideální plyn. Pod touto definicí se ve fyzice předpokládá systém skládající se z obrovského množství bezrozměrných a neinteragujících částic, které se pohybují vysokou rychlostí ve všech směrech. V zásadě jde o plynný agregační stav hmoty, ve kterém vzdálenosti mezi atomy a molekulami daleko převyšují jejich velikost a ve kterém je potenciální energie interakce částic zanedbávána kvůli své maličkosti ve srovnání s kinetickou energií.

Stav ideálního plynu se nazývá soubor jeho termodynamických parametrů. Hlavní jsou teplota, objem a tlak. Označíme je písmeny T, V A P. Ve 30. letech 19. století Clapeyron (francouzský vědec) poprvé zaznamenal rovnici, která kombinuje uvedené termodynamické parametry v rámci jednotné rovnosti. Má vzhled:

P*V = n*R*T,

kde N A R jsou látky množství a plynná konstanta.

Co jsou isoprocesy v plynech?

Jak si mnozí všimli, izobarický, izochorický a izotermický procesy ve svém názvu používají stejnou předponu "IZO". Znamená to rovnost jednoho termodynamického parametru během celého procesu, zatímco ostatní parametry se mění. Například izotermický proces naznačuje jeho výsledek absolutní teplota systémy jsou udržovány konstantní a izochorový proces naznačuje stálost objemu.

Isoprocesy je vhodné studovat, protože fixace jednoho z termodynamických parametrů vede ke zjednodušení obecné rovnice stavu plynu. Důležité je, že plynové zákony pro všechny pojmenované isoprocesy byly experimentálně otevřeny. Jejich analýza umožnila Clapeyronovi získat redukovanou univerzální rovnici.

Isobarické, izochorické a izotermické procesy

První byl objeven zákon pro izotermický proces v ideálním plynu. Nyní se nazývá Boyle-Mariottův zákon. Protože T se nemění, následuje rovnost ze stavové rovnice:

P*V = const.

Jinými slovy, jakákoli změna tlaku v systému vede k nepřímo úměrné změně jeho objemu, pokud je teplota plynu udržována konstantní. Graf funkce P (V) je nadsázka.

Izobarický proces je taková změna stavu systému, při kterém tlak zůstává konstantní. Po stanovení hodnoty P v Clapeyronově rovnici získáme následující zákon:

V/T = const.

Tato rovnost nese příjmení francouzského fyzika Jacquese Charlese, který ji získal na konci 18. století. Isobara(grafický obrázek funkce V (T)) vypadá jako přímka. Čím větší je tlak v systému, tím rychleji se tato linie zvyšuje.

Izobarický proces se snadno provádí, pokud se plyn zahřívá pod pístem. Molekuly posledně jmenovaného zvyšují svou rychlost (kinetickou energii), vytvářejí vyšší tlak na píst, což vede k expanze plynu a udržování konstantní velikosti P.

Konečně třetí izoproces je izochorický. Prochází s konstantním objemem. Ze stavové rovnice získáme odpovídající rovnost:

P/T = const.

To je mezi fyziky známé jako zákon Gay-Lussac. Přímá proporcionalita mezi tlakem a absolutní teplotou naznačuje, že graf izochorického procesu, stejně jako isobarův graf, je přímka s kladným koeficientem sklonu.

Je důležité pochopit, že všechny isoprocesy probíhají v uzavřených systémech, tj.

Adiabatický proces

Tento proces není kategorizován "IZO", protože se při jeho průchodu mění všechny tři termodynamické parametry. Adiabatický se nazývá přechod mezi dvěma stavy systému, ve kterém si nevyměňuje teplo s životní prostředí. Rozšíření systému je tedy způsobeno jeho vnitřními zásobami energie, což vede k významnému poklesu tlaku a absolutní teplotě v něm.

Adiabatický proces pro ideální plyn je popsán poissonovými rovnicemi. Jeden z nich je uveden níže:

P*V^γ = const,

kde γ - jedná se o poměr tepelných kapacit při konstantním tlaku a při konstantním objemu.

Graf adiabaty se liší od grafu izochorického procesu a od izobarického grafu, je však podobný nadsázce (izotermě). Adiabata v osách P-V se chová ostřeji než izoterma.