Ізопроцеси в газах

Процеси при яких змінюється лише два з трьох параметрів газу називаються ізопроцесами.

Розглянемо такі ізопроцеси.

1. Ізотермічний процес(m = const, m = const, T = const).

Якщо до ізотермічного процесу застосувати рівняння стану у вигляді (3.1.16), то з урахуванням сталості температури T₁ = T₂ воно набуде вигляду

p₁V₁ = p₂V₂, pV = const, (3.1.17)

і тому закон Бойля - Маріотта можна сформулювати так: для деякої маси газу добуток тиску газу на об'єм за T = const є сталою величиною.

Цей закон справедливий для будь-яких газів, які можна вважати ідеальними, а також для їх сумішей.

Графічно залежність тиску газу від об'єму при умові T = const можна зобразити у вигляді кривої -ізотерми в координатах p, V і прямих ліній в координатах p, T та V, T (рис.3.1.13 а, б, в).

Ізотермічним можна вважати процес стиснення повітря компресором, або розширення під поршнем насоса газу внаслідок відкачування його з посудини.

2. Ізобарний процес (m = const, m = const, T = const).

- закон Гей-Люссака,

де V = const·T (y = ax).

Графік залежності об'єму від температури за сталого тиску є прямою лінією, яку називаютьізобарою. На рис.3.1.14 а зображено дві ізобари в координатах V, T за різних значень тиску p₁ і p₂, причому p₁<p₂. На рис.3.1.14 б, в наведено графіки ізобарного процесу в координатах p, T, p, V.

3. Ізохорний процес (m = const, m = const, T = const).

; p = const·T (y = ax).

Графіком залежності тиску від температури за сталого об'єму є пряма лінія, яку називаютьізохорою. На рис. 3.1.15 а в координатах p, T зображено дві ізохори за різних значень об'єму V₁ і V₂, причому V₁<V₂. На рис. 3.1.15 б, в наведено графіки процесу в координатах V, T і p, V.

Газові закони і їх графічні ілюстрації дозволяють вивчати довільні термодинамічні процеси з ідеальним газом, наприклад, як встановити нагрівається чи охолоджується газ під час переходу з стану 1 у стан 2 (рис.3.1.16). Для того, щоб це визначити, проводять декілька ізотерм. Газ охолоджується, бо ізотерма T₃ знаходиться нижче ізотерми T₁.

Гази мають низку властивостей, завдяки яким вони незамінні в багатьох технічних установках.

Газ подібний до пружини, яка завжди стиснута. Тиск газу можна змінювати, змінюючи його об'єм або температуру. Крім того, тиск газу залежить від його маси. Збільшуючи масу газу в будь-якому замкненому об'ємі, можна підвищити тиск. Так роблять, накачуючи повітрям автомобільну шину або футбольний м'яч.

Гази порівняно з рідинами і твердими тілами легко стискуються. Велика стисливість газів дає змогу запасати їх у великих кількостях у балонах, зручних для зберігання. Стиснутий природний газ транспортують по трубах на відстані в тисячі кілометрів. Тиск і об'єм газів значно збільшуються з підвищенням температури.

Велика стисливість і легкість, можливість регулювання тиску - усе це робить газ одним із найдосконаліших амортизаторів, який застосовують в багатьох пристроях. Газ - робоче тіло теплових двигунів.

Запитання для самоперевірки

1. Наведіть рівняння стану системи.

2. Виведіть рівняння Менделєєва-Клапейрона для довільної маси ідеального газу.

3. Чому дорівнює універсальна газова стала в СІ?

4. Як записати рівняння стану для одного моля ідеального газу?

5. Виведіть рівняння стану ідеального газу Клапейрона. Як воно формулюється?

6. Чому дорівнює об'єм одного моля будь-якого газу за нормальних умов?

7. Який фізичний зміст універсальної газової сталої?

8. Що таке параметри стану системи? Які величини до них належать?

9. Що таке ізопроцеси?

10. Який процес називають ізотермічним? Яким законом описується цей процес? Як формулюють і записують цей закон? Зобразіть і поясніть графіки цього закону.

11. Який процес називають ізохорним? Яким законом описують ізохорний процес? Як формулюють і записують цей закон? Зобразіть і поясніть графік цього закону.

12. Який процес називають ізобарним? Яким законом описують ізобарний процес? Як формулюють і записують цей закон? Зобразіть і поясніть графік цього закону.

13. Побудуйте ізотерму, ізохору, ізобару в координатах p, V, p, T, V, T.