Ізопроцеси в газах

При сталій масі газу добуток об’єму на тиск, поділений на абсолютну температуру газу, є величина, однакова для всіх станів цієї маси газу.

Газові закони

Газовий закон, який виражає залежність між всіма трьома параметрами газу, називається об’єднаним газовим законом.

Зв’язок між тиском, об’ємом і температурою певної маси газу встановлюють зі співвідношення:

p=n₀kT

Оскільки n₀ – це кількість молекул газу в одиниці об’єму газу, то

n₀ = N / V,

де N – це загальна кількість молекул, V – об’єм газу. Тоді отримаємо:

p = (N / V)kT, або pV / T = Nk.

Так як при сталій масі газу N залишається незмінним, то Nk – стала величина, тобто:

pV / T = const.

Оскільки значення p, V і T відносяться до одного і того ж стану газу, то:

Отже, якщо числові значення параметрів на початку процесу, що відбувається з певною масою газу, позначити через p₁,V₁ та T₁, а їх значення в кінці процесу відповідно через p₂,V₂ та T₂, то

p₁V₁/T₁ = p₂V₂/T₂

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 T ₁ = T ₂ воно набуде вигляду

p ₁ V ₁ = p ₂ V ₂, 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 називають ізобарою. На рис.3.1.14 а зображено дві ізобари в координатах V, T за різних значень тиску p ₁ і p ₂, причому p ₁< p ₂. 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 називають ізохорою. На рис. 3.1.15 а в координатах p, T зображено дві ізохори за різних значень об'єму V ₁ і V ₂, причому V ₁< V ₂. 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 T ₃ знаходиться нижче ізотерми T ₁.

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.

Дата добавления: 2014-12-07