Що таке изопроцессы в газах?
Як багато хто помітив, ізобарний, ізохорний і ізотермічний процеси у своїй назві використовують одну і ту ж приставку “день”. Вона означає рівність одного термодинамічного параметра під час проходження всього процесу, при цьому інші параметри змінюються. Наприклад, ізотермічний процес говорить про те, що в його результаті абсолютна температура системи підтримується постійною, а ізохорний процес свідчить про сталість об’єму.
Изопроцессы зручно вивчати, оскільки фіксація одного з термодинамічних параметрів призводить до спрощення загального рівняння стану газу. Важливо відзначити, що газові закони для всіх названих изопроцессов були відкриті експериментально. Їх аналіз дозволив Клапейрону отримати наведене універсальне рівняння.
Ізобарний, ізохорний і ізотермічний процеси
Першим був відкритий закон для ізотермічного процесу в ідеальному газі. Зараз він називається законом Бойля-Маріотта. Оскільки T не змінюється, то з рівняння стану слід рівність:
P*V = const.
Іншими словами, будь-яка зміна тиску в системі приводить до обернено пропорційним зміні її обсягу, якщо підтримувати постійної температуру газу. Графіком функції P(V) є гіпербола.
Ізобарний процес – це така зміна стану системи, при якому тиск залишається постійним. Зафіксувавши величину P в рівнянні Клапейрона, отримуємо наступний закон:
V/T = const.
Це рівність носить прізвище французького фізика Жака Шарля, який отримав його в кінці XVIII століття. Изобар (графічне зображення функції V(T)) виглядає як пряма лінія. Чим більше тиск у системі, тим швидше зростає ця лінія.
Ізобарний процес легко здійснити, якщо під поршнем нагрівати газ. Молекули останнього збільшують свою швидкість (кінетичну енергію), створюють більш високий тиск на поршень, що призводить до розширення газу і підтримання постійної величини P.
Нарешті, третій изопроцесс – ізохорний. Він проходить з постійним об’ємом. З рівняння стану одержуємо відповідну рівність:
P/T = const.
Воно серед фізиків відомо як закон Гей-Люссака. Пряма пропорційність між тиском і абсолютною температурою говорить про те, що графік ізохорний процесу, як і графік изобарного, являє собою пряму лінію з позитивним коефіцієнтом нахилу.
Важливо розуміти, що всі изопроцессы протікають в закритих системах, тобто в їх ході величина n зберігається.
