Изотермиялық процесс ( )
Изотермиялық процесс деп тұрақты температурада өтетін термодинамикалық процестерді немесе олардың ұлғаюы немесе сығылуы кездерінде сыртқы орта мен газ арасындағы температура айрымы тұрақты болып қалатын процестерді айтады. Идеал газ күйінің теңдеуінің оң жағындағы шамалар тұрақты болғандықтан:
.
Суретте әртүрлі Т температураның мәндері үшін изотермиялық процестер , және диаграммалары арқылы берілген.
Бұл
процесте идеал газдың ішкі энергиясы
өзгермейді:
болғандықтан
,
сондықтан газға берілген жылу мөлшері
толығымен сыртқы күштерге қарсы
жасалатын жұмысқа кетеді:
Жылу
мөлшері
диаграммасындағы боялған ауданға тең
болады. Изотермдік
процесс
,
яғни
және
,
сондықтан:
33. Изопроцестер. Адиабаттық және политроптық процестер.
Идеал газдың тепетеңдіктегі күйінің өзгерісі үшін термодинамиканың бірінші бастамасын мына түрде жазуға болады:
Осы теңдеуді идеал газдардағы изопроцестерге қолданайық. Изопроцесс заңдарын Менделеев-Клапейрона теңдеуінен анықтаймыз.
Адиабаталық процесс ( )
Адиабаталық процесс деп жүйелерде сыртқы ортамен жылу алмасусыз өтетін процестерді айтады. Газдар жылдам ұлғайғанда немесе сығылғанда жүйе қоршаған ортамен жылу алмасып үлгермейді. Сондықтан мұндай процестер адиабаталық деп аталады. Термодинамиканың бірінші заңы бойынша адиабаталық процесс ( ) кезінде жүйе жұмысты ішкі энергия есебінен жасайды:
.
Бұл
өрнекке
ж/е
формулаларды қойсақ, онда газ көлемінің
өзгергенде жасалатын жұмыс оның
температурасының өзгеруімен қатар
жүретінін көреміз:
Өрнектегі минус таңбасы газ көлемі адиабаталық ұлғайғанда оның температурасы төмендейтінін көрсетеді.
Адиабаталық
процестер Пуассон
теңдеуімен
сипатталады:
мұндағы
– адиабата
көрсеткіші немесе
Пуассон
коэффициенті
деп аталатын өлшем бірлігі жоқ шама.
Адиабата теңдеуін басқа күй параметрлері
арқылы да жазуға болады:
ж/е
.
Суретте
өзара салыстыру үшін
диаграммасына адиабата мен изотерма
қисықтары бірге салынған.
болғандықтан, адиабата қисығы изотермаға
қарағанда тіктеу болады.
Оның
себебі, адиабаталық сығылу кезінде (
процесс) қысым әрі көлемнің кішіреюінен,
әрі сығылған газдың температурасының
өсуінен артса, изотермиялық процесте
ол тек көлемнің кішіреюінен ғана артады.
Адиабаталық ұлғаю кезінде (1-2 процесс)
газдың температурасы төмендейтіндіктен
қысым изотермиялық процеспен салыстырғанда
жылдамырақ кемиді. Адиабаталық процесс
кезінде газдың жұмысы:
Идеал
газдың ішкі энергиясының формуласынан
мольдік жылусыйымдылықтарды
және
оңай
анықтауға болады.
ж/е
болғандықтан:
.
Олай
болса, адиабаталық көрсеткіш келесі
өрнекпен анықталады:
Молекуланың еркіндік дәрежесі оның құрамындағы атомдар санына байланысты. Бір атомды газдағы молекулалар тек ілгерілемелі қозғалыс жасайды, сондықтан оның еркіндік дәрежесі үшке тең. Екі атомды газ молекуласының айналмалы қозғалысын ескеру керек. Бірақ екі атомды қосатын түзуді айналып қозғалғанын ескермеуге болады. Сондықтан олардың еркіндік дәрежесі беске тең болады. Егер молекуладағы атом саны екіден артық болса, онда олардың еркіндік дәрежесі алты болады.