Главная | Обратная связь

Газові закони для ізопроцесів

Ізотермічний процес. Закон Бойля – Маріотта . Ізобарний процес. Закон Гей-Люссака. Ізохорний процес. Закон Шарля.

Ізотермічний процес. Закон Бойля – Маріотта. За допомогою рівняння стану ідеального газу можна досліджувати процеси, в яких маса газу і один із трьох параметрів залишаються незмінними. Процес – це перехід системи з одного стану в інший. Кількісні залежності між двома параметрами газу за фіксованого значення третього параметра називають газовим законом. Процеси, які відбуваються за незмінного значення одного з параметрів ідеального газу сталої маси m і певного сорту μ називають ізопроцесами(від грец. ізос – рівний, однаковий). Оскільки жоден із параметрів газу не може бути суворо фіксованим, то ізопроцес – це ідеалізована модель стану ідеального газу.

Розглянемо процес, що відбувається за сталої температури. Процес зміни стану термодинамічної системи за сталої температури називають ізотермічним ( , , ). Якщо до ізотермічного процесу застосувати рівняння стану у вигляді (5.9), то, з урахуванням сталості температури, воно набуде вигляду:

= RT або , при T = const (5.11)

Рівняння (5.11) до створення молекулярно-кінетичної теорії було здобуто з експериментів англійським фізиком Р. Бойлем (1662 р.) і незалежно французьким фізиком Е. Маріоттом (1676 р.).

Закон Бойля – Маріотта можна сформулювати так: для ідеального газу деякої маси (сталої кількості речовини) за сталої температури тиск газу змінюється обернено пропорційно до об’єму.Цей закон, як і інші газові закони, є результатом із рівняння стану газу і справедливий для будь-яких газів, які можна вважати ідеальними, а також для їх сумішей (наприклад, для повітря). Перевірити цей закон експериментально ви зможете, виконавши лабораторну роботу №4. Для підтримання сталої температури газу потрібно, щоб він міг обмінюватися теплотою з великою системою – термостатом. Термостатом може бути атмосферне повітря, якщо його температура помітно не змінюється протягом процесу. Температура газу буде сталою також, якщо стискати або розширювати газ дуже повільно.

Часто закон Бойля – Маріотта записують так: р = . Графічно залежність тиску газу сталої маси від об’єму при умові можна зобразити у вигляді гіперболи (порівняйте з у = ), яка для цього процесу називається ізотермою (мал. 5.20). Різним температурам відповідають різні ізотерми – чим вища температура, тим вище на координатній площині рV знаходиться гіпербола (Т₂ > Т₁). Це корисно знати для розв’язування графічних задач.

На координатних площинах рТ і VT ізотерми зображуються прямими, перпендикулярними до осі температур. На мал. 5.21 зображені графіки двох ізотермічних процесів у координатах , та . Ізотермічним можна вважати процес стиснення повітря компресором або розширення під поршнем насоса газу в результаті відкачування його з посудини.

Ізобарний процес. Закон Гей-Люссака.Процес зміни стану термодинамічної системи за сталого тиску називають ізобарним(від грец. барос – вага) ( , , ). Щоб здійснити ізобарний процес, необхідно нагріти або охолодити газ, не закріплюючи поршень у циліндрі (див. мал. 5.23). Відповідно до рівняння (5.9) для ідеального газу певної маси з незмінним тиском відношення об’єму до температури залишається сталим:

= або при p = const (5.12)

Цей закон установив експериментально у 1802 р. французький учений Гей-Люссак. Відповідно до (5.12) об’єм газу лінійно залежить від температури за сталого тиску:

( ).

Експериментально перевірити цей закон можна за допомогою пристрою, що є в багатьох кабінетах фізики – скляної колби із зігнутою трубкою (мал. 5.24). У горизонтальній частині трубки є крапля рідини, яка відокремлює газ у колбі від атмосферного повітря. Якщо підігріти колбу (можна й руками), то крапля рідини зміститься вправо, тобто об’єм газу, який знаходиться в колбі, збільшиться, а тиск залишиться рівним атмосферному.

Графік залежності об’єму від температури за сталого тиску є прямою лінією, яку називають ізобарою. На мал. 5.25 а зображено дві ізобари в координатах за різних значень тиску і , причому . На мал. 5.25 б, в наведено графіки ізобарного процесу в координатах ,

Ізохорний процес. Закон Шарля.Процес зміни стану термодинамічної системи за сталого об’єму називають ізохорним (від грец. хорема – місткість). Якщо , , , то з рівняння стану (5.9) випливає, що для ідеального газу певної маси з незмінним об’ємом відношення тиску газу до температури залишається сталим: