იზოკორული პროცესები: განმარტება, განტოლება და მაგალითები

იზოკორული პროცესი არის იდეალიზებული თერმოდინამიკური პროცესებიდან ერთ – ერთი, რომელშიც აღწერილია, თუ როგორ შეიძლება შეიცვალოს იდეალური გაზის მდგომარეობები. იგი აღწერს დახურულ ჭურჭელში გაზის ქცევას მუდმივი მოცულობით. ამ სიტუაციაში, როდესაც ენერგია ემატება, მხოლოდ აირის ტემპერატურა იცვლება; ის არ მუშაობს მის შემოგარენზე. ასე რომ, არცერთი ძრავა არ ბრუნდება, დგუშები არ მოძრაობს და სასარგებლო გამომავალი არ ხდება.

იზოქორიული პროცესი, (რომელსაც ზოგჯერ იზოვოლმეტრულ ან იზომეტრიულ პროცესს უწოდებენ) არის თერმოდინამიკური პროცესი, რომელიც ხდება მუდმივ მოცულობაში. იმის გამო, რომ მოცულობა არ იცვლება, წნევასა და ტემპერატურას შორის ურთიერთობა ინარჩუნებს მუდმივ მნიშვნელობას.

ამის გაგება იდეალური გაზის კანონის საფუძველზე შეიძლება:

PV = nRT

სად პ არის გაზის აბსოლუტური წნევა, ვ არის მოცულობა, ნ არის გაზის რაოდენობა, რ არის იდეალური აირის მუდმივა (8,31 J / mol K) და თ არის ტემპერატურა.

როდესაც მოცულობა შენარჩუნებულია მუდმივად, ამ კანონის გადანაწილება შეიძლება, რათა ნახოთ, რომ თანაფარდობა პ რომ თ ასევე უნდა იყოს მუდმივი:

წნევასა და ტემპერატურას შორის თანაფარდობის ეს მათემატიკური გამოხატულება ცნობილია, როგორც გეი-ლუსაკის კანონი, ასე დაარქვეს ფრანგ ქიმიკოსს, რომელმაც ის მოიფიქრა 1800-იანი წლების დასაწყისში. ამ კანონის კიდევ ერთი შედეგი, რომელსაც ზოგჯერ ზეწოლის კანსაც უწოდებენ, არის პროგნოზირების უნარი ტემპერატურისა და ზეწოლისთვის იდეალური გაზებისათვის, რომლებიც გადიან იზოკორულ პროცესებს შემდეგი განტოლების გამოყენებით:

სად პ₁ და თ₁ არის გაზის საწყისი წნევა და ტემპერატურა და პ₂ და თ₂ საბოლოო მნიშვნელობებია.

ზეწოლის გრაფიკზე ტემპერატურისა და PV დიაგრამაზე იზოკორული პროცესი წარმოდგენილია ვერტიკალური ხაზით.

Teflon (PTFE), არააქტიური, ყველაზე მოლიპულ ნივთიერება პლანეტაზე, მრავალფეროვანია ინდუსტრიები კოსმოსური სივრციდან დამთავრებული სამზარეულოთი, შემთხვევითი აღმოჩენა იყო, რაც იზოკორული იყო პროცესი 1938 წელს დუპონტის ქიმიკოსმა როი პლანკეტმა შეიქმნა პატარა ცილინდრების შენახვა ტეტრაფთორეთილენის აირი, სამაცივრე ტექნოლოგიებში გამოსაყენებლად, რომელიც შემდეგ გაცივდა უკიდურესად დაბალი ტემპერატურა.

როდესაც პლანკეტმა გახსნის მოგვიანებით, გაზი არ გამოვიდა, თუმცა ცილინდრის მასა არ შეცვლილა. მან გამოაკვლევინა მილის გასასინჯად და დაინახა შიგნით თეთრი ფხვნილის საფარი, რომელსაც შემდეგ უზომოდ სასარგებლო კომერციული თვისებები ჰქონდა.

გეი-ლუსაკის კანონის თანახმად, როდესაც ტემპერატურა სწრაფად იკლებს, შემცირდა ზეწოლა გაზში ფაზური ცვლილების დასაწყებად.

თერმოდინამიკის პირველ კანონში ნათქვამია, რომ სისტემის შიდა ენერგიის ცვლილება უდრის სისტემაში დამატებულ სითბოს გამოკლებული სისტემის მიერ შესრულებული სამუშაო. (სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ენერგიის შეყვანა მინუს ენერგიის გამომუშავება.)

იდეალური გაზის მიერ შესრულებული სამუშაო განისაზღვრება, როგორც მისი წნევა მისი მოცულობის შეცვლის ან P- ჯერΔV (ან PdV). რადგან მოცულობა იცვლება ΔV, იზოქორიულ პროცესში ნულოვანია, თუმცა გაზის მიერ არანაირი სამუშაო არ ხდება.

ამრიგად, გაზის შიდა ენერგიის ცვლილება უბრალოდ ტოლია დამატებული სითბოს რაოდენობას.

მაგალითი ა თითქმის isochoric პროცესი არის წნევის გაზქურის. დახურვისას, შიგნით მოცულობა ვერ შეიცვლება, ამიტომ როდესაც სითბო ემატება, წნევაც და ტემპერატურაც სწრაფად იზრდება. სინამდვილეში, წნევის გაზქურები ოდნავ ფართოვდება, ხოლო ზემოდან სარქველიდან გამოიყოფა გაზი.

სითბოს ძრავები არის მოწყობილობები, რომლებიც ხელს უშლიან სითბოს გადაცემას რაიმე სახის სამუშაოს შესასრულებლად. ისინი იყენებენ ციკლურ სისტემას, რომ გარდაქმნან მათში დამატებული სითბოს ენერგია მექანიკურ ენერგიად, ან მოძრაობად. მაგალითად, ორთქლის ტურბინები და საავტომობილო ძრავები.

იზოკორიული პროცესები გამოიყენება ბევრ საერთო სითბოს ძრავაში. ოტოს ციკლიმაგალითად, არის თერმოდინამიკური ციკლი ავტომობილების ძრავებში, რომელიც აღწერს ანთების დროს სითბოს გადაცემის პროცესს, დენის დარტყმას ძრავის დგუშების გადაადგილება მანქანის წასასვლელად, სითბოს გამოყოფა და კომპრესიული ინსულტის საშუალებით დგუშები უბრუნდება საწყისს პოზიციები.

ოტოს ციკლში პირველი და მესამე ნაბიჯები, სითბოს დამატება და გამოყოფა ითვლება იზოკორულ პროცესებად. ციკლი მიიჩნევს, რომ სითბოს ცვლილებები მომენტალურად ხდება, გაზის მოცულობაში ცვლილება არ ხდება. ამრიგად, მანქანაზე მუშაობა მხოლოდ ელექტროენერგიის და კომპრესიული ინსულტის ფაზებში ხორციელდება.

სითბოს ძრავის მიერ ოტოს ციკლის გამოყენებით შესრულებული სამუშაო წარმოდგენილია დიაგრამაზე მრუდის ქვეშ არსებული არეით. ეს არის ნულოვანი, სადაც ხდება სითბოს დამატებისა და გამოყოფის იზოქორიული პროცესები (ვერტიკალური ხაზები).

მსგავსი იზოკორული პროცესები ზოგადად შეუქცევადი პროცესებია. სითბოს დამატებისთანავე, სისტემის პირვანდელ მდგომარეობაში დასაბრუნებლად ერთადერთი გზაა სითბოს როგორმე მოხსნა სამუშაოს შესრულებით.

იზოკორული პროცესები არის იდეალიზებული თერმოდინამიკური პროცესებიდან ერთ – ერთი, რომელიც აღწერს გაზების ქცევას, რომლებიც სასარგებლოა მეცნიერებისა და ინჟინრებისთვის.

ზოგიერთ სხვას, რომელიც უფრო დეტალურად განიხილება საიტის სხვაგან, მოიცავს:

იზობარული პროცესი: ეს ხდება მუდმივი წნევის დროს და ბევრია გავრცელებული ცხოვრების ბევრ მაგალითში, მათ შორის მდუღარე წყალი გაზქურაზე, ასანთის ანთება ან საჰაერო ხომალდის ტურბინებში. ეს იმიტომ ხდება, რომ უმეტესწილად, დედამიწის ატმოსფეროს წნევა დიდად არ ცვლის ადგილობრივ ადგილებში, მაგალითად სამზარეულოში, რომელშიც ვინმე მაკარონს ამზადებს. თუ გაზის იდეალური კანონი გამოიყენება, მოცულობაზე გაყოფილი ტემპერატურა იზობარული პროცესისთვის მუდმივი მნიშვნელობაა.

იზოთერმული პროცესი: ეს ხდება მუდმივ ტემპერატურაზე. მაგალითად, ფაზის ცვლილების დროს, მაგალითად, ქოთნის ზემოდან წყალი დუღს, ტემპერატურა დგას. მაცივრები ასევე იყენებენ იზოთერმულ პროცესებს და სამრეწველო პროგრამაა Carnot Engine. ასეთი პროცესი ნელა მიმდინარეობს, რადგან დამატებული სითბო ტოლი უნდა იყოს მუშაობის დროს დაკარგული სითბოს, რათა შენარჩუნდეს საერთო ტემპერატურა. თუ გაზის იდეალური კანონი ვრცელდება, წნევის დროის მოცულობა მუდმივი მნიშვნელობაა იზოთერმული პროცესისთვის.

ადიაბატური პროცესი: არ ხდება სითბოს ან მასალების გაცვლა გარემოში, რადგან გაზი ან სითხე ცვლის მოცულობას. ამის ნაცვლად, ადიაბატურ პროცესში ერთადერთი შედეგია სამუშაო. არსებობს ორი შემთხვევა, როდესაც შეიძლება მოხდეს ადიაბატური პროცესი. ეს პროცესი ძალიან სწრაფად ხდება სითბოს გადასაადგილებლად მთელ სისტემაში, მაგალითად, სისტემის დროს გაზზე მომუშავე ძრავის კომპრესიული დარტყმა, ან ეს ხდება კონტეინერში, რომელიც ასე კარგად არის იზოლირებული სითბო, ვერ გადალახავს საერთოდ ბარიერი.

სხვა თერმოდინამიკის პროცესების მსგავსად, არცერთი პროცესი ნამდვილად არ არის ადიაბატური, მაგრამ ამ იდეალის მიახლოება სასარგებლოა ფიზიკასა და ინჟინერიაში. მაგალითად, კომპრესორების, ტურბინების და სხვა თერმოდინამიკური აპარატების საერთო დახასიათება არის ადიაბატური ეფექტურობა: მანქანაში გამოტანილი რეალური მუშაობის თანაფარდობა იმასთან დაკავშირებით, თუ რამდენს გამოიმუშავებს იგი, თუ ის სიმართლეს განიცდის ადიაბატური პროცესი.