ایزوفرایندها به طور خلاصه قوانین گاز نمودارهای یک فرآیند ایزوکوریک به صورت زیر نشان داده شده است

ایزوفرایندها فرآیندهای ترمودینامیکی هستند که در طی آن مقدار ماده و یک مقدار بیشتر می شود مقادیر فیزیکی- پارامترهای حالت: فشار، حجم و دما - بدون تغییر باقی می مانند. بنابراین، فشار ثابت مربوط به یک فرآیند ایزوباریک، حجم - ایزوکوریک، دما - همدما، آنتروپی - ایزنتروپیک (به عنوان مثال، یک فرآیند آدیاباتیک برگشت پذیر) است. خطوطی که این فرآیندها را در هر نمودار ترمودینامیکی نشان می دهند به ترتیب ایزوبار، ایزوکور، ایزوترم و آدیاباتیک نامیده می شوند. ایزوفرایندها موارد خاصی از یک فرآیند پلی تروپیک هستند.

فرآیند ایزوباریک

فرآیند ایزوباریک (یونانی باستان ισος، isos - "همان" + βαρος، baros - "وزن") - فرآیند تغییر وضعیت یک سیستم ترمودینامیکی در فشار ثابت ()

وابستگی حجم گاز به دما در فشار ثابت به طور تجربی در سال 1802 توسط جوزف لوئیس گی لوساک مورد مطالعه قرار گرفت. قانون گی لوساک: در فشار ثابت و مقادیر ثابت جرم گاز و جرم مولی آن، نسبت حجم گاز به دمای مطلق آن ثابت می ماند: V/T = const.

فرآیند همحجم

مقاله اصلی: فرآیند ایزوکوریک

فرآیند ایزوکوریک (از یونانی کورا - فضای اشغال شده) فرآیند تغییر وضعیت یک سیستم ترمودینامیکی در حجم ثابت (). برای گازهای ایده آل، فرآیند ایزوکوریک با قانون چارلز توصیف می شود: برای جرم معینی از گاز در حجم ثابت، فشار مستقیماً با دما متناسب است:

خطی که فرآیند ایزوکوریک را در یک نمودار نشان می دهد ایزوکور نامیده می شود.

همچنین شایان ذکر است که انرژی عرضه شده به گاز صرف تغییر انرژی داخلی می شود، یعنی Q = 3* ν*R*T/2=3*V*ΔP، که در آن R ثابت گاز جهانی است. ν تعداد مول های گاز، T دما بر حسب کلوین، V حجم گاز، ΔP افزایش تغییر فشار است. و خطی که فرآیند ایزوکوریک را در نمودار، در محورهای P(T) نشان می‌دهد، باید گسترش داده شود و با یک خط نقطه چین به مبدأ مختصات متصل شود، زیرا ممکن است سوء تفاهم‌ها ایجاد شود.

فرآیند ایزوترمال

یک فرآیند همدما (از یونانی "ترموس" - گرم، گرم) فرآیند تغییر وضعیت یک سیستم ترمودینامیکی در دمای ثابت ()(). فرآیند همدما توسط قانون بویل-ماریوت شرح داده شده است:

در دمای ثابت و مقادیر ثابت جرم گاز و آن جرم مولی، حاصلضرب حجم گاز و فشار آن ثابت می ماند: PV = const.

نمودارهای ایزوفرایند در سیستم های مختصات مختلف

فرآیند آدیاباتیک

فرآیند آدیاباتیک تغییر در حالت های گاز است که در آن گاز نه گرما را از خارج آزاد می کند و نه جذب می کند. در نتیجه، فرآیند آدیاباتیک با عدم تبادل حرارت بین گاز و محیط مشخص می شود. فرآیندهای سریع را می توان آدیاباتیک در نظر گرفت. از آنجایی که انتقال حرارت در طول یک فرآیند آدیاباتیک رخ نمی دهد، معادله I از آغاز ترمودینامیک شکل می گیرد.

در این درس ما به مطالعه رابطه بین سه پارامتر ماکروسکوپی یک گاز و به طور خاص تر، رابطه آنها در فرآیندهای گازی که در مقدار ثابتیکی از این سه پارامتر یا همان فرآیندهای همدما، ایزوکوریک و ایزوباریک.

بیایید فرآیند ایزوباریک زیر را در نظر بگیریم.

تعریف. ایزوباریک(یا ایزوباریک) روند- فرآیند انتقال گاز ایده آلاز یک حالت به حالت دیگر در یک مقدار فشار ثابت. این فرآیند برای اولین بار توسط دانشمند فرانسوی جوزف-لوئیس گی-لوساک (شکل 4) مورد توجه قرار گرفت، به همین دلیل است که قانون نام او را یدک می کشد. بیایید این قانون را بنویسیم

و اکنون با توجه به: و

قانون گی-لوساک

این قانون به وضوح دلالت بر یک رابطه مستقیم بین دما و حجم دارد: با افزایش دما، افزایش حجم مشاهده می شود و بالعکس. نمودار وابستگی کمیت های متغیر در معادله، یعنی T و V، به شکل زیر است و ایزوبار نامیده می شود (شکل 3):

برنج. 3. نمودارهای فرآیندهای ایزوباریک در مختصات V-T ().

لازم به ذکر است که از آنجایی که ما در سیستم SI کار می کنیم، یعنی با مقیاس دمای مطلق، منطقه ای در نمودار نزدیک به دمای صفر مطلق وجود دارد که این قانون در آن رعایت نمی شود. بنابراین، یک خط مستقیم در یک منطقه نزدیک به صفر باید با یک خط نقطه به تصویر کشیده شود.

برنج. 4. جوزف لوئیس گی لوساک ()

اجازه دهید در نهایت سومین فرآیند ایزو را در نظر بگیریم.

تعریف. ایزوکوریک(یا ایزوکوریک) روند- فرآیند انتقال گاز ایده آل از یک حالت به حالت دیگر در حجم ثابت. این فرآیند ابتدا توسط ژاک چارلز فرانسوی (شکل 6) مورد توجه قرار گرفت، به همین دلیل است که قانون نام او را به خود اختصاص داده است. بیایید قانون چارلز را بنویسیم:

بیایید دوباره معادله معمول حالت را بنویسیم:

و اکنون با توجه به: و

دریافت می کنیم: برای هر حالت مختلف گاز، یا به سادگی:

قانون چارلز

این قانون به وضوح دلالت بر رابطه ای مستقیم بین دما و فشار دارد: با افزایش دما، افزایش فشار مشاهده می شود و بالعکس. نمودار وابستگی کمیت های متغیر در معادله یعنی T و P به شکل زیر است و ایزوکور نامیده می شود (شکل 5):

برنج. 5. نمودارهای فرآیندهای ایزوکوریک در مختصات V-T

در ناحیه صفر مطلق، برای نمودارهای یک فرآیند ایزوکوریک نیز فقط یک وابستگی شرطی وجود دارد، بنابراین خط مستقیم نیز باید با یک خط نقطه چین به مبدأ آورده شود.

برنج. 6. ژاک چارلز ()

شایان ذکر است که دقیقاً همین وابستگی دما به فشار و حجم در فرآیندهای ایزوکوریک و ایزوباریک است که به ترتیب کارایی و دقت اندازه گیری دما را با استفاده از دماسنج های گازی تعیین می کند.

همچنین جالب است که از نظر تاریخی، فرآیندهای ایزوفرایند مورد نظر ما اولین مواردی بودند که کشف شدند، که همانطور که نشان دادیم موارد خاصی از معادله حالت هستند و تنها پس از آن معادلات کلاپیرون و مندلیف-کلاپیرون هستند. از نظر زمانی، فرآیندهایی که در دمای ثابت اتفاق می‌افتند، ابتدا، سپس در حجم ثابت، و در نهایت، فرآیندهای هم‌بار مورد مطالعه قرار گرفتند.

اکنون، برای مقایسه همه فرآیندهای ایزو، آنها را در یک جدول جمع آوری کرده ایم (شکل 7 را ببینید). لطفاً توجه داشته باشید که نمودارهای ایزوفرایندها در مختصات حاوی یک پارامتر ثابت، به طور دقیق، شبیه وابستگی یک ثابت به یک متغیر است.

برنج. 7.

در درس بعدی به خواص چنین گاز خاصی خواهیم پرداخت بخار اشباع شده، اجازه دهید فرآیند جوش را با جزئیات در نظر بگیریم.

کتابشناسی - فهرست کتب

Myakishev G.Ya.، Sinyakov A.Z. فیزیک مولکولی. ترمودینامیک. - M.: Bustard، 2010.
Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. فیزیک پایه دهم. - M.: Ilexa، 2005.
کاسیانوف V.A. فیزیک پایه دهم. - M.: Bustard، 2010.

Slideshare.net().
E-science.ru ().
Mathus.ru ().

مشق شب

صفحه 70: شماره 514-518. فیزیک. کتاب مسائل. پایه های 10-11. ریمکویچ A.P. - M.: Bustard، 2013. ()
چه رابطه ای بین دما و چگالی یک گاز ایده آل در یک فرآیند ایزوباریک وجود دارد؟
هنگامی که گونه ها پف می کنند، حجم و فشار در دهان در دمای ثابت افزایش می یابد. آیا این با قانون بویل-ماریوت مغایرت دارد؟ چرا؟
*زمان بندی این فرآیند به چه صورت خواهد بود مختصات P-V?

در XVII - قرن 19قوانین تجربی گازهای ایده آل فرموله شد. اجازه دهید به طور خلاصه آنها را یادآوری کنیم.

ایزوفرایندهای گاز ایده آل- فرآیندهایی که در آن یکی از پارامترها بدون تغییر باقی می ماند.

1. فرآیند همحجم . قانون چارلز V = const.

فرآیند همحجمفرآیندی نامیده می شود که زمانی اتفاق می افتد حجم ثابت V. رفتار گاز در این فرآیند ایزوکوریک اطاعت می کند قانون چارلز :

در یک حجم ثابت و مقادیر ثابت جرم گاز و جرم مولی آن، نسبت فشار گاز به دمای مطلق آن ثابت می ماند: P/T= ثابت

نمودار یک فرآیند ایزوکوریک در PV-نمودار نامیده می شود ایزوکور . دانستن نمودار یک فرآیند ایزوکوریک روی مفید است RT- و VTنمودارها (شکل 1.6). معادله ایزوکور:

در جایی که P 0 فشار در 0 درجه سانتیگراد است، α ضریب دمایی فشار گاز برابر با 1/273 درجه -1 است. نموداری از چنین وابستگی به Рt-دیاگرام به شکلی است که در شکل 1.7 نشان داده شده است.

برنج. 1.7

2. فرآیند ایزوباریک قانون گی-لوساکآر= ثابت

فرآیند ایزوباریک فرآیندی است که در فشار ثابت P رخ می دهد . رفتار یک گاز در طول یک فرآیند همسان اطاعت می کند قانون گی-لوساک:

در فشار ثابت و مقادیر ثابت جرم گاز و جرم مولی آن، نسبت حجم گاز به دمای مطلق آن ثابت می ماند: V/T= ثابت

نمودار یک فرآیند همسان VT-نمودار نامیده می شود ایزوبار . دانستن نمودارهای فرآیند ایزوباریک مفید است PV- و RTنمودارها (شکل 1.8).

برنج. 1.8

معادله ایزوبار:

جایی که α =1/273 درجه -1 - ضریب دمایی انبساط حجمی. نموداری از چنین وابستگی به Vtنمودار شکل نشان داده شده در شکل 1.9 را دارد.

برنج. 1.9

3. فرآیند ایزوترمال قانون بویل-ماریوتتی= ثابت

همدمافرآیند فرآیندی است که زمانی اتفاق می افتد دمای ثابتتی.

رفتار یک گاز ایده آل در طول فرآیند همدما مطابقت دارد قانون بویل-ماریوت:

در دمای ثابت و مقادیر ثابت جرم گاز و جرم مولی آن، حاصلضرب حجم گاز و فشار آن ثابت می ماند: PV= ثابت

نمودار یک فرآیند همدما در PV-نمودار نامیده می شود ایزوترم . دانستن نمودارهای یک فرآیند همدما مفید است VT- و RTنمودارها (شکل 1.10).

برنج. 1.10

معادله ایزوترم:

(1.4.5)

4. فرآیند آدیاباتیک(ایسنتروپیک):

فرآیند آدیاباتیک یک فرآیند ترمودینامیکی است که بدون تبادل حرارت با محیط.

5. فرآیند پلی تروپیکفرآیندی که در آن ظرفیت گرمایی گاز ثابت می ماند.فرآیند چند تروپیک - مورد کلیتمام فرآیندهای فوق

6. قانون آووگادرودر فشارها و دماهای یکسان، حجم مساوی از گازهای ایده آل مختلف حاوی تعداد یکسانی مولکول است. در یک مرکز خرید مواد مختلفحاوی N A است=6.02·10 23 مولکول ها (عدد آووگادرو).

7. قانون دالتونفشار مخلوطی از گازهای ایده آل برابر است با مجموع فشارهای جزئی P گازهای موجود در آن:

(1.4.6)

فشار جزئی Pn فشاری است که یک گاز معین اگر به تنهایی کل حجم را اشغال کند، اعمال می کند.

در ، فشار مخلوط گاز.

فرآیندهای اصلی در ترمودینامیک عبارتند از:

ایزوکوریکجریان در حجم ثابت.
ایزوباریکجریان در فشار ثابت؛
همدمادر دمای ثابت رخ می دهد.
آدیاباتیک، که در آن تبادل حرارتی با محیط وجود ندارد.
پلی تروپیک، معادله را برآورده می کند pvn= ثابت

فرآیندهای ایزوکوریک، ایزوباریک، همدما و آدیاباتیک موارد خاصی از یک فرآیند چند تروپیک هستند.

هنگام مطالعه فرآیندهای ترمودینامیکی، موارد زیر تعیین می شود:

معادله فرآیند در پ— v و تی— سمختصات
رابطه بین پارامترهای حالت گاز.
تغییر در انرژی داخلی؛
مقدار کار خارجی؛
مقدار گرمای تامین شده برای انجام فرآیند یا مقدار گرمای حذف شده.

فرآیند همحجم

فرآیند ایزوکوریک درپ, v— , تی, س- ومن, س- مختصات (نمودارها)

در یک فرآیند ایزوکوریک، شرایط ارضا می شود v= ثابت

از معادله حالت یک گاز ایده آل ( pv = RT) به شرح زیر است:

p/T = R/V= ثابت،

یعنی فشار گاز با دمای مطلق آن نسبت مستقیم دارد:

p2/p1 = T2/T1.

کار انبساط در فرآیند ایزوکوریک صفر است ( ل= 0)، زیرا حجم سیال کار تغییر نمی کند (Δ v= ثابت).

مقدار گرمای عرضه شده به سیال عامل در فرآیند 1-2 در رزومه

q= رزومه(تی 2 — تی 1 ).

زیرا ل= 0، سپس بر اساس قانون اول ترمودینامیک Δ تو = qیعنی تغییر انرژی داخلی را می توان با فرمول تعیین کرد:

Δ تو = c v (T 2 - T 1).

تغییر در آنتروپی در یک فرآیند ایزوکوریک با فرمول تعیین می شود:

s 2 - s 1= Δ س = رزومهلوگاریتم( p2/p1) = رزومهلوگاریتم( T2/T1).

فرآیند ایزوباریک

فرآیند ایزوباریک درپ, v— , تی, س- ومن, س- مختصات (نمودارها)

فرآیندی که در فشار ثابت اتفاق می افتد ایزوباریک نامیده می شود. پ= ثابت از معادله حالت یک گاز ایده آل به دست می آید:

v/T = R/P= ثابت

v2/v1 = T2/T1،

یعنی در یک فرآیند ایزوباریک حجم گاز با دمای مطلق آن متناسب است.

کار برابر خواهد بود با:

ل = پ(v 2 – v 1 ).

زیرا pv 1 = RT 1 و pv 2 = RT 2 ، آن

ل = آر(T 2 – T 1).

مقدار گرما در ج ص= const با فرمول تعیین می شود:

q = ج ص(T 2 – T 1).

تغییر آنتروپی برابر خواهد بود با:

s 2 - s 1= Δ س = ج صلوگاریتم( T2/T1).

فرآیند ایزوترمال

فرآیند همدما درپ, v— , تی, س- ومن, س- مختصات (نمودارها)

در فرآیند همدما دمای سیال عامل ثابت می ماند تی= const، بنابراین:

pv = RT= ثابت

p2/p1 = v1/v2,

یعنی فشار و حجم با یکدیگر نسبت معکوس دارند به طوری که در هنگام تراکم همدما فشار گاز افزایش و در هنگام انبساط کاهش می یابد.

کار فرآیند برابر خواهد بود با:

ل = RTلوگاریتم( v 2 – v 1) = RTلوگاریتم( p 1 - p 2).

از آنجایی که دما ثابت می ماند، انرژی داخلی یک گاز ایده آل در یک فرآیند همدما ثابت می ماند (Δ تو= 0) و تمام گرمای وارد شده به سیال کار به طور کامل به کار انبساط تبدیل می شود:

q = ل.

در طول تراکم همدما، گرما به اندازه کار صرف شده برای فشرده سازی از سیال عامل خارج می شود.

تغییر آنتروپی عبارت است از:

s 2 - s 1= Δ س = آرلوگاریتم( p1/p2) = آرلوگاریتم( v2/v1).

فرآیند آدیاباتیک

فرآیند آدیاباتیک درپ, v— , تی, س- ومن, س- مختصات (نمودارها)

آدیاباتیک فرآیند تغییر حالت گاز است که بدون تبادل حرارت با محیط رخ می دهد. از آنجایی که د q= 0، سپس معادله قانون اول ترمودینامیک برای یک فرآیند آدیاباتیک به شکل زیر خواهد بود:

د تو + پد v = 0

Δ تو+ ل = 0,

از این رو

Δ تو= —ل.

در یک فرآیند آدیاباتیک، کار انبساط تنها به دلیل صرف انرژی داخلی گاز و در حین فشرده سازی، که به دلیل عمل رخ می دهد، انجام می شود. نیروهای خارجی، تمام کاری که انجام می دهند برای افزایش انرژی داخلی گاز است.

اجازه دهید ظرفیت گرمایی در یک فرآیند آدیاباتیک را با علامت گذاری کنیم ججهنم و شرایط د q= 0 آن را به صورت زیر بیان می کنیم:

د q = ججهنم د تی = 0.

این شرط نشان می دهد که ظرفیت گرمایی در یک فرآیند آدیاباتیک صفر است ( ججهنم = 0).

مشخص است که

باپ/رزومه= ک

و معادله منحنی فرآیند آدیاباتیک (آدیاباتیک) در پ, v-نمودار به نظر می رسد:

pvk= ثابت

در این بیان کنامیده میشود شاخص آدیاباتیک(همچنین نسبت پواسون نامیده می شود).

مقادیر شاخص آدیاباتیککبرای برخی از گازها:

کهوا = 1.4

کبخار فوق گرم = 1.3

کگازهای خروجی موتورهای احتراق داخلی = 1.33

کبخار مرطوب اشباع = 1.135

از فرمول های قبلی چنین است:

ل= — Δ تو = رزومه(تی 1 – تی 2 );

من 1 – من 2 = ج ص(تی 1 – تی 2 ).

کار فنی فرآیند آدیاباتیک ( ل techn) برابر است با تفاوت بین آنتالپی های آغاز و پایان فرآیند ( من 1 – من 2 ).

یک فرآیند آدیاباتیک که بدون اصطکاک داخلی در سیال کار رخ می دهد نامیده می شود همسانتروپیک. که در تی, س-در نمودار به صورت یک خط عمودی نشان داده شده است.

به طور معمول، فرآیندهای آدیاباتیک واقعی در حضور اصطکاک داخلی در سیال کار رخ می دهد، در نتیجه گرما همیشه آزاد می شود که به خود سیال کار منتقل می شود. در این مورد د س> 0، و فرآیند فراخوانی می شود فرآیند آدیاباتیک واقعی.

فرآیند پلی تروپیک

فرآیندی که توسط معادله توصیف می شود، polytropic نامیده می شود:

pvn= ثابت

شاخص چند تروپیک nمی تواند هر مقداری از -∞ تا +∞ را بگیرد، اما برای یک فرآیند معین یک مقدار ثابت است.

از معادله فرآیند polytropic و معادله Clayperon، می توان عبارتی را به دست آورد که ارتباط بین پ, vو تیدر هر دو نقطه از پلی تروپ:

p2/p1 = (v1/v2) n ; T2/T1 = (v1/v2) n-1 ; T2/T1 = (p2/p1) (n-1)/n .

کار انبساط گاز در فرآیند پلی تروپیک برابر است با:

در مورد گاز ایده آل، این فرمول را می توان تبدیل کرد:

مقدار گرمای تامین یا حذف شده در طول فرآیند با استفاده از قانون اول ترمودینامیک تعیین می شود:

q = (u 2 – u 1) + ل.

از آنجا که

نشان دهنده ظرفیت گرمایی یک گاز ایده آل در یک فرآیند پلی تروپیک است.

در رزومه, کو n= ثابت c n= const، بنابراین یک فرآیند polytropic گاهی اوقات به عنوان یک فرآیند با ظرفیت گرمایی ثابت تعریف می شود.

فرآیند polytropic معنای کلی دارد، زیرا کل مجموعه فرآیندهای ترمودینامیکی پایه را پوشش می دهد.

نمایش گرافیکی یک polytrope در پ, vمختصات بسته به شاخص پلی تروپ n.

pv 0= ثابت ( n= 0) - ایزوبار؛

pv= ثابت ( n= 1) - ایزوترم؛

p 0 v= ثابت، p 1/∞v= ثابت، pv ∞= const – isochore;

pvk= ثابت ( n = ک) – آدیاباتیک.

n > 0 - منحنی های هذلولی،

n < 0 - سهمی ها

بر اساس مطالب یادداشت های سخنرانی من در مورد ترمودینامیک و کتاب درسی "مبانی انرژی". نویسنده G. F. Bystritsky. ویرایش دوم، برگردان و اضافی - M.: KNORUS، 2011. - 352 ص.

موضوع: ایزوفرایندها و نمودارهای آنها. قوانین گازهای ایده آل.

وظایف آموزشی

هدف آموزشی

به دانش آموزان بیاموزید که معادله کلایپرون- مندلیف را در موارد خاصی از فرآیندهای اندازه گیری در گازها اعمال کنند.

مفهوم ایزوفرایند، فرمول قوانین گاز و نمودارهای وابستگی پارامترهای متغیر در محورهای مختصات مختلف این پارامترها را برای فرآیندهای همسان مختلف ارائه دهید.

هدف آموزشی

برای آموزش نحوه اعمال مقوله علت و معلولی دیالکتیک ماتریالیستی هنگام توضیح تغییرات فشار گاز با تغییرات حجم و دما از دیدگاه نظریه جنبشی مولکولی.

دانش و مهارت های پایه

قادر به تعیین پارامترهای حالت های اولیه، میانی و نهایی یک گاز، وابستگی های عملکردی در فرآیندهای گازی و حل مشکلات یافتن پارامترهای ناشناخته باشد.

ساخت و تجزیه و تحلیل نمودارهای ایزوفرایند در گاز.

توالی ارائه مطالب جدید

مطالبی را که قبلا مطالعه کرده اید در مورد وابستگی فشار گاز به غلظت و سرعت تکرار کنید حرکت رو به جلومولکول ها

وارد کردن معادله حالت گاز با پارامترهای متغیر جرم، حجم، فشار و دما.

معادله حالت گاز با جرم آن بدون تغییر.

مفهوم ایزوفرایندها در گازها تعریف و انواع آنها

فرآیند ایزوترمال قانون بویل-ماریوت

فرآیند ایزوباریک قانون گی-لوساک.

فرآیند همحجم. قانون چارلز

تجهیزات

سیلندر حجم متغیر؛ فشار سنج نمایشی؛ لوله های لاستیکی؛ یک فلاسک شیشه ای با درپوش که از آن یک لوله شیشه ای L شکل با یک قطره آب عبور داده می شود. اجاق برقی؛ دماسنج؛ ظرف با آب

تظاهرات

رابطه بین حجم و فشار گاز در دمای ثابت (فرآیند همدما)، وابستگی حجم گاز به دما در فشار ثابت (فرآیند ایزوباریک)، وابستگی فشار گاز به دما در حجم ثابت (فرایند ایزوکوریک). تمام نمایش ها برای نشان دادن رابطه کیفی بین متغیرهای گاز انجام می شود.

انگیزه فعالیت شناختیدانش آموزان

در فناوری، زمانی که تغییری در حالت گاز در یک پارامتر ثابت رخ می دهد یا تغییرات جزئی در این پارامتر نادیده گرفته می شود، اغلب با فرآیندهایی مواجه می شوند. در این مورد، بسیار مهم است که بدانیم فرآیند isoprocess چگونه پیش می‌رود.

طرح درس

آزمون دانش، مهارت ها و توانایی های دانش آموزان

کارت برای پرسش شفاهی دانش آموزان

کارت 1

معادله Clayperon-Mendeleev را برای یک مول گاز بدست آورید.

چه رابطه ای بین ثابت گاز مولی، ثابت آووگادرو و ثابت بولتزمن?

ریشه میانگین سرعت مربع حرکت یک مولکول اکسیژن را در صورتی که فشاری معادل 2 ∙ 10 5 Pa در غلظت مولکولی 4 ∙ 10 25 m-3 ایجاد کند، تعیین کنید. پاسخ. ν = 530 متر بر ثانیه.

کارت 2

معادله کلیپرون - مندلیف را برای هر جرم گاز بدست آورید.

چگونه فشار گاز به دما در غلظت ثابت مولکول ها بستگی دارد؟ پاسخ. p = n0kT. فشار با دمای ترمودینامیکی گاز نسبت مستقیم دارد.

چند مولکول گاز در ظرفی با ظرفیت 138 لیتر در دمای 27 درجه سانتیگراد و فشار 6 ∙ 10 5 Pa وجود دارد؟ پاسخ. n = 2 ∙ 10 25 .

کارت 3

کارت 4

1) چیست معنای فیزیکیثابت بولتزمن و ثابت گاز مولی؟ آنها در SI با چه چیزی برابر هستند؟

2) چرا فشار گاز واقعی به نوع خود گاز بستگی دارد؟

3) دمای یون های پلاسما در مرکز ستاره 10 6 K است. میانگین انرژی جنبشی هر یون از این پلاسما را تعیین کنید. پاسخ: Ē k = 2.07∙10 -16 J.

یادگیری مطالب جدید

1. یک گفتگوی مقدماتی با سوالات زیر انجام دهید:

1) معادله پایه نظریه جنبشی مولکولی گاز چه چیزی را بیان می کند؟

2) فشار گاز روی دیواره ظرف به چه چیزی بستگی دارد؟

3) برای محاسبه غلظت مولکول های گاز از چه فرمولی استفاده می شود؟

4) از دیدگاه نظریه سینتیک مولکولی وابستگی فشار گاز به غلظت مولکول ها و سرعت حرکت آنها را توضیح دهید؟

2. معادله حالت یک گاز با پارامترهای متغیر جرم، حجم، فشار و دما. اجازه دهید پارامترهای حالت اولیه (یک) گاز m 1، p 1، V 1 و T 1 باشد و پارامترهای حالت نهایی (سایر) m 2، p 2، V 2 و T 2 باشد. اجازه دهید معادلات کلیپرون- مندلیف را برای هر حالت گاز بنویسیم:

P 1 V 1 = RT; p 2 V 2 = RT 2 .

با تقسیم ترم بر ترم به دست می آید:

یک مساله حل کن:

جرم معینی از گاز در فشار 3∙10 5 Pa و دمای 300 K. سپس ⅜ از گاز موجود در سیلندر آزاد شد، در حالی که دمای آن به 240 K کاهش یافت. گاز در چه فشاری در سیلندر باقی می ماند. سیلندر؟

پاسخ: p 2 = 2∙10 5 Pa.

3. معادله حالت گاز با جرم ثابت. اگر وقتی حالت گاز تغییر می کند، جرم آن تغییر نمی کند، معادله به شکل زیر در می آید:

(معادله کلاپیرون).

یک مساله حل کن:

جرم معینی از گاز در فشار 3∙10 5 Pa و دمای 300 K حجم 20 متر مکعب را اشغال می کند. حجم گاز را در شرایط عادی تعیین کنید. پاسخ: V 0 = 54.6 m 3.

4. مفهوم ایزوفرایندها در گازها. انتقال جرم معینی از گاز از یک حالت به حالت دیگر در یک پارامتر ثابت نامیده می شود ایزوفرایند سه فرآیند همسان وجود دارد: ایزومتریک (T = const)، ایزوباریک (p = const) و ایزوکوریک (V = const).

5. فرآیند ایزومتریک نشان دادن رابطه بین حجم و فشار یک جرم گاز در دمای ثابت. از معادله Clayperon دارای p 1 V 1 = p 2 V 2 یا در است نمای کلی pV = const. اجازه دهید قانون بویل-ماریوت را فرموله کنیم: در جرم ثابت یک گاز و دمای ثابت، حاصلضرب حجم گاز و فشار آن یک مقدار ثابت است.

ما ایزوترم ها را در محورهای V، p برای یک جرم گاز در دماهای مختلف می سازیم. با افزایش دما، فشار گاز افزایش می یابد و بنابراین ایزوترم مربوط به دمای بالاتر T2 بالاتر از ایزوترم مربوط به دمای پایین تر T1 قرار می گیرد (شکل 1).

برنج. 1

ایزوترم گاز معکوس بیان می شود وابستگی متناسببین حجم و فشار گاز

حل مشکلات:

1) در ظرفی با ظرفیت 0.5 متر مکعب گاز تحت فشار 4∙10 5 Pa وجود دارد. این گاز در فشار 2.5∙10 5 Pa چه حجمی را اشغال خواهد کرد؟ پاسخ: V 2 = 0.8 m 3.

2) ایزوترم ها را در محورهای مختصات T، p و T، V بسازید.

وابستگی چگالی گاز به فشار در طول یک فرآیند همدما. معادله Clayperon-Mendeleev را به شکل p = mRT/(VM) = pRT/M تبدیل می کند. در طی یک فرآیند همدما، چگالی گاز به نسبت مستقیم فشار آن تغییر می کند: p 1 / p 2 = p 1 / p 2 .

6. فرآیند ایزوباریک نشان دادن وابستگی حجم گاز به دما در فشار ثابت. از معادله کلاپیرون V 1 V 2 = T 1 / T 2 داریم. ما قانون گی-لوساک را فرموله می کنیم: در یک جرم ثابت گاز در یک V ثابت، نسبت حجم گاز مستقیماً با دمای ترمودینامیکی آنها متناسب است.

فشارهای مختلف مربوط به ایزوبارهای مختلف است. با افزایش p، حجم گاز در دمای ثابت کاهش می یابد، بنابراین ایزوبار مربوط به p 2 بالاتر زیر ایزوبار مربوط به p 1 پایین تر قرار می گیرد (شکل 2).

شکل 2

حل مشکلات:

1) گاز در دمای 27 درجه سانتی گراد حجم 600 سانتی متر مکعب را اشغال می کند. این گاز در دمای 377 درجه سانتیگراد و فشار ثابت چه V را اشغال خواهد کرد؟ جواب: 1300 سانتی متر مکعب.

2) ایزوبارها را در محورهای مختصات T, V بسازید. V، p و T، ص.

7. فرآیند همحجم. وابستگی فشار گاز به دما را در حجم ثابت نشان دهید. از معادله کلاپیرون p 1 /p 2 = T 1 /T 2 داریم. ما قانون چارلز را فرموله می کنیم: در یک جرم گاز ثابت و ثابت V، نسبت فشار گاز مستقیماً با نسبت دمای ترمودینامیکی آنها متناسب است. ما با استفاده از دو نقطه مشخصه (0,0) و (T 0, p 0) یک ایزوکور در محورهای T، p می سازیم. ایزوکورهای مختلف با حجم های مختلف مطابقت دارند. با افزایش V گاز در دمای ثابت، فشار آن کاهش می‌یابد، بنابراین ایزوکور مربوط به یک V 2 بزرگ در زیر ایزوکور مربوط به V 1 کوچک‌تر قرار می‌گیرد (شکل 3).