معرفة التعريفات في الفيزياء هي عامل رئيسي لحل المشاكل الفيزيائية المختلفة بنجاح. في المقالة ، سننظر في المقصود بالعمليات متساوية الضغط ، متساوي الضغط ، متساوي الحرارة ، ثابت الحرارة لنظام غاز مثالي.
الغاز المثالي و معادلته
قبل الشروع في وصف العمليات متساوية الضغط ، متساوي الصدور والمتساوية الحرارة ، دعنا نفكر في ماهية الغاز المثالي. بموجب هذا التعريف في الفيزياء ، يعتبرون نظامًا يتكون من عدد هائل من الجسيمات عديمة الأبعاد وغير المتفاعلة التي تتحرك بسرعات عالية في جميع الاتجاهات. في الواقع ، نحن نتحدث عن حالة تراكمية غازية للمادة ، حيث تتجاوز المسافات بين الذرات والجزيئات أحجامها بكثير ، والتي يتم فيها إهمال الطاقة الكامنة لتفاعل الجسيمات بسبب صغرها ، مقارنة بالطاقة الحركية.
حالة الغاز المثالي هي مجمل معلماته الديناميكية الحرارية. أهمها درجة الحرارة والحجم والضغط. دعنا نشير إليها بالأحرف T و V و P على التوالي. في الثلاثينيات من القرن التاسع عشركتب كلابيرون (عالم فرنسي) أولاً معادلة تجمع بين المعلمات الديناميكية الحرارية المشار إليها ضمن مساواة واحدة. يبدو كالتالي:
PV=nRT،
حيث n و R هي كمية المواد وثابت الغاز على التوالي.
ما هي العمليات المتشابهة في الغازات؟
كما لاحظ الكثيرون ، تستخدم العمليات متساوية الضغط ، متساوي الضغط والمتساوية نفس بادئة "iso" في أسمائها. هذا يعني المساواة بين معامل ديناميكي حراري واحد أثناء مرور العملية بأكملها ، بينما تتغير المعلمات المتبقية. على سبيل المثال ، تشير العملية المتساوية إلى أنه نتيجة لذلك ، يتم الحفاظ على درجة الحرارة المطلقة للنظام ثابتة ، بينما تشير عملية متساوية الصدور إلى حجم ثابت.
المعالجات المتساوية مريحة للدراسة ، لأن تثبيت إحدى المعلمات الديناميكية الحرارية يؤدي إلى تبسيط المعادلة العامة لحالة الغاز. من المهم أن نلاحظ أن قوانين الغاز لجميع هذه العمليات المتشابهة تم اكتشافها تجريبياً. سمح تحليلهم لكلابيرون بالحصول على المعادلة العالمية المختصرة.
عمليات متساوية الضغط ومتساوية الصدور ومتساوية الحرارة
تم اكتشاف القانون الأول لعملية متساوية في غاز مثالي. الآن يسمى قانون بويل ماريوت. نظرًا لأن T لا يتغير ، فإن معادلة الحالة تعني المساواة:
PV=ثابت.
بمعنى آخر ، أي تغيير في الضغط في النظام يؤدي إلى تغيير نسبي عكسيًا في حجمه ، إذا تم الحفاظ على درجة حرارة الغاز ثابتة. الرسم البياني للدالة P (V) هوالمبالغة
عملية متساوية الضغط - هذا تغيير في حالة النظام ، حيث يظل الضغط ثابتًا. بعد تحديد قيمة P في معادلة Clapeyron ، نحصل على القانون التالي:
V / T=ثابت.
هذه المساواة تحمل اسم الفيزيائي الفرنسي جاك تشارلز ، الذي حصل عليها في نهاية القرن الثامن عشر. يبدو الأيزوبار (التمثيل الرسومي لوظيفة V (T)) كخط مستقيم. كلما زاد الضغط في النظام ، ارتفع هذا الخط بشكل أسرع.
تكون العملية متساوية الضغط سهلة التنفيذ إذا تم تسخين الغاز تحت المكبس. جزيئات الأخيرة تزيد سرعتها (الطاقة الحركية) ، وتخلق ضغطًا أعلى على المكبس ، مما يؤدي إلى تمدد الغاز والحفاظ على قيمة ثابتة لـ P.
أخيرًا ، المعالجة المتساوية الثالثة هي متساوية الصدور. يعمل بحجم ثابت. من معادلة الحالة نحصل على المساواة المقابلة:
P / T=ثابت.
يُعرف بين الفيزيائيين باسم قانون جاي لوساك. التناسب المباشر بين الضغط ودرجة الحرارة المطلقة يشير إلى أن الرسم البياني للعملية متساوي الضغط ، مثل الرسم البياني متساوي الضغط ، هو خط مستقيم بميل موجب.
من المهم أن نفهم أن جميع المعالجات المتساوية تحدث في أنظمة مغلقة ، أي أن قيمة n يتم الحفاظ عليها أثناء مسارها.
عملية Adiabatic
لا تنتمي هذه العملية إلى فئة "iso" ، حيث تتغير المعلمات الديناميكية الحرارية الثلاثة أثناء مرورها. ثابت الحرارةيسمى الانتقال بين حالتين من النظام ، حيث لا يتبادل الحرارة مع البيئة. وهكذا فإن تمدد النظام يتم بسبب احتياطياته الداخلية من الطاقة مما يؤدي إلى انخفاض كبير في الضغط ودرجة الحرارة المطلقة فيه.
عملية Adiabatic للغاز المثالي موصوفة في معادلات بواسون. واحد منهم موضح أدناه:
PVγ=ثابت ،
حيث γ هي نسبة السعات الحرارية عند ضغط ثابت وبحجم ثابت.
الرسم البياني ثابت الحرارة يختلف عن الرسم البياني للعملية متساوي الصدور ومن الرسم البياني متساوي الضغط ، لكنه مشابه للقطع الزائد (متساوي الحرارة). الأديابات في محاور P-V تتصرف بشكل أكثر حدة من متساوي الحرارة.
