Poznavanje definicija u fizici je ključni faktor za uspješno rješavanje različitih fizičkih problema. U članku ćemo razmotriti šta se podrazumijeva pod izobarnim, izohornim, izotermnim i adijabatskim procesima za idealni plinski sistem.
Idealni plin i njegova jednadžba
Pre nego što pređemo na opis izobaričnih, izohornih i izotermnih procesa, razmotrimo šta je idealan gas. Pod ovom definicijom u fizici oni smatraju sistem koji se sastoji od ogromnog broja bezdimenzionalnih čestica koje nisu u interakciji koje se kreću velikom brzinom u svim smjerovima. Zapravo, govorimo o plinovitom agregatnom stanju materije, u kojem udaljenosti između atoma i molekula daleko premašuju njihove veličine i u kojem je potencijalna energija interakcije čestica zanemarena zbog svoje male, u odnosu na kinetičku energiju.
Stanje idealnog gasa je ukupnost njegovih termodinamičkih parametara. Glavni su temperatura, zapremina i pritisak. Označimo ih slovima T, V i P, redom. Tridesetih godina XIX vijekaClapeyron (francuski naučnik) prvi je napisao jednačinu koja kombinuje naznačene termodinamičke parametre unutar jedne jednakosti. Izgleda kao:
PV=nRT,
gde su n i R količina supstanci i gasna konstanta, respektivno.
Šta su izoprocesi u gasovima?
Kao što su mnogi primijetili, izobarični, izohorični i izotermni procesi koriste isti "iso" prefiks u svojim nazivima. To znači jednakost jednog termodinamičkog parametra tokom prolaska cijelog procesa, dok se ostali parametri mijenjaju. Na primjer, izotermni proces ukazuje na to da se, kao rezultat, apsolutna temperatura sistema održava konstantnom, dok izohorični proces ukazuje na konstantan volumen.
Izoprocesi su pogodni za proučavanje, jer fiksiranje jednog od termodinamičkih parametara dovodi do pojednostavljenja opšte jednačine gasnog stanja. Važno je napomenuti da su plinski zakoni za sve ove izoprocese otkriveni eksperimentalno. Njihova analiza je omogućila Clapeyronu da dobije redukovanu univerzalnu jednačinu.
Izobarični, izohorni i izotermni procesi
Prvi zakon je otkriven za izotermni proces u idealnom gasu. Sada se to zove Boyle-Mariotteov zakon. Kako se T ne mijenja, jednadžba stanja implicira jednakost:
PV=konst.
Drugim rečima, svaka promena pritiska u sistemu dovodi do obrnuto proporcionalne promene njegovog volumena, ako se temperatura gasa održava konstantnom. Grafikon funkcije P(V) jehiperbola.
Izobarični proces - ovo je promjena stanja sistema, u kojoj pritisak ostaje konstantan. Fiksirajući vrijednost P u Clapeyronovu jednačinu, dobijamo sljedeći zakon:
V/T=konst.
Ova jednakost nosi ime francuskog fizičara Jacquesa Charlesa, koji ju je primio krajem 18. vijeka. Izobara (grafički prikaz funkcije V(T)) izgleda kao prava linija. Što je veći pritisak u sistemu, ova linija se brže diže.
Izobarični proces je jednostavan za implementaciju ako se gas zagreva ispod klipa. Molekuli potonjeg povećavaju svoju brzinu (kinetičku energiju), stvaraju veći pritisak na klip, što dovodi do širenja plina i održavanja konstantne vrijednosti P.
Konačno, treći izoproces je izohoričan. Radi sa konstantnom jačinom zvuka. Iz jednadžbe stanja dobijamo odgovarajuću jednakost:
P/T=konst.
Među fizičarima je poznat kao Gay-Lussacov zakon. Direktna proporcionalnost između pritiska i apsolutne temperature pokazuje da je graf izohornog procesa, kao i graf izobarnog, prava linija sa pozitivnim nagibom.
Važno je shvatiti da se svi izoprocesi dešavaju u zatvorenim sistemima, odnosno da je vrijednost n sačuvana tokom njihovog toka.
Adijabatski proces
Ovaj proces ne pripada "iso" kategoriji, jer se sva tri termodinamička parametra mijenjaju tokom njegovog prolaska. adijabatskinaziva se prijelaz između dva stanja sistema, u kojem ne razmjenjuje toplinu sa okolinom. Dakle, proširenje sistema se vrši zbog njegovih unutrašnjih energetskih rezervi, što dovodi do značajnog pada pritiska i apsolutne temperature u njemu.
Adijabatski proces za idealan gas je opisan Poissonovim jednadžbama. Jedan od njih je prikazan ispod:
PVγ=const,
gdje je γ omjer toplotnih kapaciteta pri konstantnom pritisku i pri konstantnoj zapremini.
Adijabatski graf se razlikuje od grafa izohornog procesa i od izobarnog grafa, ali je sličan hiperboli (izotermi). Adijabat u P-V osi se ponaša oštrije od izoterme.
