الحالة الغازية للمادة من حولنا هي أحد الأشكال الثلاثة الشائعة للمادة. في الفيزياء ، عادة ما تؤخذ حالة التجميع المائع هذه في الاعتبار عند تقريب الغاز المثالي. باستخدام هذا التقريب ، نصف في المقالة العمليات المتشابهة المحتملة في الغازات.
الغاز المثالي والمعادلة العالمية لوصفه
الغاز المثالي هو الغاز الذي لا تحتوي جزيئاته على أبعاد ولا تتفاعل مع بعضها البعض. من الواضح أنه لا يوجد غاز واحد يلبي هذه الشروط تمامًا ، لأنه حتى أصغر ذرة - الهيدروجين ، لها حجم معين. علاوة على ذلك ، حتى بين ذرات الغازات النبيلة المحايدة ، يوجد تفاعل ضعيف لفان دير فال. ثم السؤال الذي يطرح نفسه: في أي الحالات يمكن إهمال حجم جزيئات الغاز والتفاعل بينها؟ ستكون الإجابة على هذا السؤال هي مراعاة الشروط الفيزيائية والكيميائية التالية:
- ضغط منخفض (حوالي 1 جو وأدناه) ؛
- درجات حرارة عالية (حول درجة حرارة الغرفة وما فوق) ؛
- الخمول الكيميائي للجزيئات والذراتالغاز.
إذا لم يتم استيفاء أحد الشروط على الأقل ، فيجب اعتبار الغاز حقيقيًا ووصفه بمعادلة فان دير فال الخاصة.
يجب مراعاة معادلة مندليف - كلابيرون قبل دراسة العمليات المتماثلة. معادلة الغاز المثالية هي اسمها الثاني. يحتوي على الترميز التالي:
PV=nRT
أي أنه يربط بين ثلاث معاملات ديناميكية حرارية: الضغط P ودرجة الحرارة T والحجم V ، بالإضافة إلى المقدار n من المادة. يشير الرمز R هنا إلى ثابت الغاز ، وهو يساوي 8.314 J / (Kmol).
ما هي العمليات المتشابهة في الغازات؟
تُفهم هذه العمليات على أنها انتقالات بين حالتين مختلفتين للغاز (الأولية والنهائية) ، ونتيجة لذلك يتم الحفاظ على بعض الكميات وتغيير أخرى. هناك ثلاثة أنواع من العمليات المتماثلة في الغازات:
- متساوي الحرارة ؛
- متساوي الضغط ؛
- متساوي الصدر.
من المهم أن نلاحظ أن كل منهم تمت دراسته بشكل تجريبي ووصفه في الفترة من النصف الثاني من القرن السابع عشر إلى الثلاثينيات من القرن التاسع عشر. بناءً على هذه النتائج التجريبية ، اشتق إميل كلابيرون في عام 1834 معادلة عالمية للغازات. تم إنشاء هذه المقالة بطريقة أخرى - بتطبيق معادلة الحالة ، نحصل على صيغ للمعالجات المتساوية في الغازات المثالية.
الانتقال عند درجة حرارة ثابتة
يطلق عليه عملية متساوية الحرارة. من معادلة حالة الغاز المثالي ، يترتب على ذلك أنه عند درجة حرارة ثابتة مطلقة في نظام مغلق ، يجب أن يظل المنتج ثابتًاالحجم للضغط ، أي:
PV=const
تمت ملاحظة هذه العلاقة بالفعل من قبل روبرت بويل وإدم ماريوت في النصف الثاني من القرن السابع عشر ، لذا فإن المساواة المسجلة حاليًا تحمل اسميهما.
التبعيات الوظيفية P (V) أو V (P) ، معبراً عنها بيانياً ، تبدو مثل القطوع الزائدة. كلما ارتفعت درجة الحرارة التي يتم إجراء التجربة المتساوية عندها ، زاد المنتج PV.
في عملية متساوية الحرارة ، يتمدد الغاز أو يتقلص ، ويقوم بالعمل دون تغيير طاقته الداخلية.
الانتقال عند ضغط مستمر
الآن دعونا ندرس العملية متساوية الضغط ، والتي يتم خلالها الحفاظ على الضغط ثابتًا. مثال على هذا الانتقال هو تسخين الغاز تحت المكبس. نتيجة للتسخين ، تزداد الطاقة الحركية للجسيمات ، وتبدأ في ضرب المكبس في كثير من الأحيان وبقوة أكبر ، ونتيجة لذلك يتمدد الغاز. في عملية التمدد يقوم الغاز ببعض الأعمال التي تصل كفاءتها إلى 40٪ (لغاز أحادي الذرة).
بالنسبة لهذه العملية المتساوية ، تنص معادلة الحالة للغاز المثالي على أن العلاقة التالية يجب أن تصمد:
V / T=const
من السهل الحصول عليها إذا تم نقل الضغط المستمر إلى الجانب الأيمن من معادلة Clapeyron ، ودرجة الحرارة - إلى اليسار. هذه المساواة تسمى قانون تشارلز
المساواة تشير إلى أن الدالتين V (T) و T (V) تبدو كخطوط مستقيمة على الرسوم البيانية. سيكون ميل الخط V (T) بالنسبة إلى الإحداثي أصغر ، وكلما زاد الضغطP.
الانتقال بحجم ثابت
آخر عملية متساوية في الغازات ، والتي سننظر فيها في المقالة ، هي الانتقال متساوي الصدور. باستخدام معادلة Clapeyron العالمية ، من السهل الحصول على المساواة التالية لهذا الانتقال:
P / T=const
يوصف قانون جاي-لوساك الانتقال متساوي الصدور. يمكن ملاحظة أن الدالتين P (T) و T (P) ستكونان خطوط مستقيمة بيانياً. من بين جميع العمليات المتوازنة الثلاث ، يعتبر isochoric هو الأكثر كفاءة إذا كان من الضروري زيادة درجة حرارة النظام بسبب إمداد الحرارة الخارجية. خلال هذه العملية ، لا يعمل الغاز ، أي سيتم توجيه كل الحرارة لزيادة الطاقة الداخلية للنظام.
