Газові закони – фізика
За допомогою рівняння стану ідеального газу можна досліджувати процеси, в яких маса газу і один з трьох параметрів – тиск, об’єм або температура – залишаються незмінними.
Запам’ятай
Кількісні залежності між двома параметрами газу при фіксованому значенні третього називають газовими законами.
Процеси, що протікають при незмінному значенні одного з параметрів, називають ізопроцессамі.
Слово “ізопроцессамі” – складне слово, перша частина якого походить від грецького слова isos – рівний, однаковий.
Відзначимо, що насправді жоден процес не може протікати при строго фіксованому значенні якого-небудь параметра. Завжди є ті чи інші дії, що порушують сталість температури, тиску або об’єму. Лише в лабораторних умовах вдається підтримувати сталість того чи іншого параметра з високою точністю, але в діючих технічних пристроях і в природі це практично нездійсненно. Ізопроцессамі – це ідеалізована модель реального процесу, яка тільки наближено відображає дійсність.
Ізотермічний процес.
Запам’ятай
Процес зміни стану системи макроскопічних тіл (термодинамічної системи) при постійній температурі називають ізотермічним.
Слово “ізотермічний” походить від грецьких слів isos – рівний, однаковий і therme – теплота.
Для підтримки температури газу постійної необхідно, щоб він міг обмінюватися теплом з великою системою – термостатом. Інакше при стисненні або розширенні температура газу буде змінюватися. Термостатом може служити атмосферне повітря, якщо температура його помітно не змінюється протягом всього процесу. Згідно рівняння стану ідеального газу (10.4), якщо маса газу не змінюється, в будь-якому стані з незмінною температурою твір тиску газу на його обсяг залишається постійним:
PV = const при Т = const. (10.6)
Цей висновок був зроблений англійським вченим Р. Бойл (1627-1691) і дещо пізніше французьким ученим Е. Маріоттом (1620-1684) на основі експерименту. Тому він носить назву закону Бойля-Mapuoттa.
Закону Бойля-Mapuoттa
Для даної маси при почервоніння тиску газу на його обсяг постійно.
Закон Бойля-Маріотта справедливий зазвичай для будь-яких газів, а також і для їх сумішей, наприклад для повітря. Лише при тисках, у кілька сотень разів більших атмосферного, відхилення від цього закону стають істотними.
Запам’ятай
Криву, що зображає залежність тиску газу від об’єму при постійній температурі, називають ізотермою.
Накресліть ізотерми в осях р, Т і V, Т.
Криву в математиці називають гіперболою
Ізотерма газу зображує назад пропорційну залежність між тиском і об’ємом. Криву такого роду в математиці називають гіперболою (рис. 10.1).
Різним постійним температур відповідають різні ізотерми. При підвищенні температури газу тиск згідно рівняння стану (10.4) збільшується, якщо V = const. Тому ізотерма, відповідна більш високій температурі Т2, лежить вище ізотерми, відповідної більш низькій температурі Т1 (див. Рис. 10.1).
Для того щоб процес відбувався при постійній температурі, стиснення або розширення газу повинно відбуватись дуже повільно. Справа в тому, що, наприклад, при стисненні газ нагрівається, так як при русі поршня в посудині швидкість і відповідно кінетична енергія молекул після ударів об поршень збільшуються, а отже, збільшується і температура газу. Саме тому для реалізації ізотермічного процесу треба після невеликого зміщення поршня почекати, коли температура газу в посудині знову стане рівною температурі навколишнього повітря.
Крім цього, відзначимо, що при швидкому стисненні тиск під поршнем відразу стає більше, ніж у всьому посудині. Якщо значення тиску і температури в різних точках об’єму різні, то в цьому випадку газ знаходиться в нерівноважному стані і ми не можемо назвати значення температури і тиску, що визначають в даний момент стан системи. Якщо систему надати самій собі, то температура і тиск поступово вирівнюються, система приходить в рівноважний стан.
Запам’ятай
Рівноважний стан – це стан, при якому температура і тиск у всіх точках об’єму однакові.
Параметри стану газу можуть бути визначені, якщо він перебуває в рівноважному стані.
Запам’ятай
Процес, при якому всі проміжні стани газу є рівноважними, називають рівноважним процесом.
Очевидно, що на графіках залежності одного параметра від іншого ми можемо зображати тільки рівноважні процеси.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)