asyan.org
добавить свой файл
1
Ізопроцеси. Газові закони

1. Ізопроцеси

Стан певної маси газу визначається трьома макроскопічними параметрами — тиском p, об’ємом V і температурою T. Однак ба­гато процесів у газах, що відбуваються в природі або здійснюються в техніці, припустимо розглядати (приблизно) як процеси, у яких змінюються лише два з них.

Особливу роль у фізиці й техніці відіграють так звані ізопроцеси.

Ізопроцесами називаються процеси, що протікають із певною масою газу за постійного значення одного з трьох параме­трів — тиску, об’єму або температури.
2. Ізобарний процес

Ізобарний процесце процес, який відбувається за постійного тиску (від грец. «барос» — тиск).

Зміна об’єму й температури газу за постійного тиску називаєть­ся ізобарним процесом.

Під час ізобарного процесу об’єм газу прямо пропорційний його абсолютній температурі: за . Це співвідношення називають законом Гей-Люссака — на честь французького вченого, який відкрив його на початку ХІХ ст.

Закон Гей-Люссака дозволяє пов’язати значення об’єму і тем­ператури певної маси газу у двох різних станах, якщо тиск газу в обох станах однаковий. Позначимо V1 і T1 значення об’єму й тем­ператури газу в стані 1, а V2 і T2 — у стані 2. Тоді зі співвідношення маємо: або інакше:

Під час ізобарного процесу об’єм певної маси газу прямо пропорційний його абсолютній температурі.

Співвідношення між об’ємом певної маси газу й абсолютною температурою за постійного тиску зображено графічно на рисунку.



Цей графік називають ізобарою. Він показує, що за постійного тиску об’єм газу прямо пропорційний його абсолютній температурі.

З позиції МКТ закон Гей-Люссака можна обґрунтувати: у разі ізобарного підвищення температури збільшується середня кінетична енергія молекул газу та їх середня швидкість, що пов’язано зі збільшенням довжини вільного пробігу молекул, тобто простору між ними. Тому у разі ізобарного розширення або стискання газу об’єм змінюється відповідно до зміни температури.

Слід ще раз підкреслити: якщо газ вільно змінював свій об’єм і при цьому зовнішні сили, які чинять на нього тиск, залишалися незмінними, то в ньому відбувався ізобарний процес.
3. Ізохорний процес

Ізохорний процес — це процес, який протікає за постійного об’єму (від грец. «хорос» — об’єм).

Зміну тиску й температури газу за постійного об’єму називають ізохорним процесом.

Досвід показує: якщо нагрівати газ за постійного об’єму, тиск газу збільшуватиметься прямо пропорційно абсолютній температурі.

Це означає, що під час ізохорного процесу тиск газу прямо про­порційно його абсолютній температурі: за

Залежність тиску газу від температури було досліджено напри­кінці XVIII ст. французьким ученим Шарлем, тому наведене спів­відношення називають законом Шарля.

У разі ізохорного процесу тиск певної маси газу прямо пропорційний його абсолютній температурі:

Графік залежності р(T) за V=const називають ізохорою.



Цей графік показує, що за постійного об’єму тиск газу прямо пропорційний його абсолютній температурі.

З позиції МКТ закон Шарля можна пояснити так: якщо збільшувати температуру газу, не даючи йому розширюватись, тобто помістивши в закриту посудину, то із зростанням середньої кінетичної енергії його молекул їхні удари об стінки посудини будуть посилюватись, тобто тиск газу збільшуватиметься.
4. Ізотермічний процес

Ізотермічний процесце процес, перебіг якого відбувається за постійної температури (від грец. «термо» — тепло).

Зміну тиску й об’єму газу за постійної температури називають ізотермічним процесом.

Досвід показує: якщо стискати газ за постійної температури, тиск зростає обернено пропорційно об’єму. Це означає, що під час ізотермічного процесу тиск газу обернено пропорційний його об’єму: за

У середині ХVІІ ст. два фізики англієць Р. Бойль і француз Е. Маріотт, експериментально вивчивши ізотермічний процес в ідеальному газі даної маси, відкрили закон, який назвали законом Бойля-Маріотта.

У разі ізотермічного процесу тиск певної маси газу обернено пропорційний його об’єму: або

Отже, за постійної температури добуток тиску даної маси ідеального газу і його об’єму є величина стала.

Пояснення закону Бойля—Маріотта з позиції МКТ будови: під час стискання газу, тобто зменшення його об’єму, збільшується концентрація і густина газу, внаслідок чого зростає кількість ударів газу об стінки посудини, в якій міститься газ, тобто тиск зростає. І навпаки, з розширенням газу тиск зменшується.

Графік залежності p (V) за T=const називають ізотермою.



Цей графік показує, що за постійної температури тиск газу обернено пропорційний його об’єму.

Реальний процес у реальному газі можна вважати ізотермічним, якщо він відбувається дуже повільно, так що зміною температури газу за деякий незначний інтервал часу можна знехтувати.
5. Межі застосування газових законів

Експериментальна перевірка з використання сучасних методів довела, що:

1) газові закони виконуються тільки для незмінної маси газу;

2) закони Бойля—Маріотта, Гей-Люссака та Шарля досить точно описують поводження реальних газів за невеликих тисків і високих температур; за високих тисків і низьких температур спостерігаються значні відхилення від цих законів.