Изобарни процеси

Страницата е създадена на:19 октомври 2018 и редактирана на:29 юли 2019

Термодинамични процеси, които протичат при постоянно налягане се наричат изобарни процеси. Такива са например процесите протичащи в отворени, свързани с атмосферата съдове. В такива системи налягането е равно на атмосферното налягане и остава почти постоянно (ако пренебрегнем метеорологичните изменения в атмосферното налягане).

Ако имаме проста термодинамична система, състоянията на която се описват само с три параметъра: налягане P , обем V  и температура T , след като налягането е постоянно, следва, че при изобарен процес могат да се променят само обема и температурата.

Опитът показва, че при постоянно налягане с повишаване на температурата повечето прости системи увеличават обема си. Това увеличение на обема с повишаване на температурата при постоянно налягане се нарича температурно разширение.

Нека T 0  и T  са стойностите на температурата в две различни състояния при едно и също налягане. Нека V 0  и V  са съответните на тези температури стойности на обема на системата. Δ T = T T 0  е изменението на температурата, а Δ V = V V 0  - изменението на обема. Опитите показват, че при малки изменения на температурата изменението на обема е правопропорционално на началния обем V 0  и на изменението на температурата:

(1)       Δ V = α   V 0   Δ T .

Коефициентът на пропорционалност:

α =   Δ V V 0 Δ T

се нарича температурен коефициент на разширение на системата.

Единицата за температурен коефициент на разширение е: K -1 (келвин на минус първа степен).

Температурният коефициент на разширение, зависи от веществото и от температурата. За повечето вещества той е положителен, но в отделни температурни интервали при някои вещества може да е и отрицателен. Например при водата между 0 и 4 0C. В този температурен интервал водата вместо да се разширява се свива с повишаване на температурата. При 4 0C водата се свива максимално, достига най-голяма плътност и над тази температура започва отново да се разширява. Следователно от 0 до 4 0C водата има отрицателен коефициент на разширение, а извън интервала между 0 и 4 0C - положителен. Тази особеност на водата играе важна роля за съхраняване на живота на Земята.

Ако заместим с Δ V = V V 0  и Δ T = T T 0  в (1) и изразим обема V , получаваме следната зависимост на обема от температурата при малко изменение на температурата около началната стойност T 0 :

(2)       V = V 0 [ 1 + α ( T T 0 ) ] .

Температурния коефициент на разширение на различните газове става все по-близък до една еднаква за всички газове стойност ( α  = 1/273,15 K -1), когато газовете стават все по-разредени. Един силно разреден газ се нарича идеален газ. Законът за температурното разширение на идеален газ, съвпадащ с формула (2) се нарича закон на Гей-Люсак.

Законът на Гей-Люсак може да се представи и в друга форма. Нека температурата T 0  е такава, че α T 0 = 1 . Да изразим по формула (2) обема на газа при две температури T 1  и T 2 :

V 1 = V 0 [ 1 + α ( T 1 T 0 ) ]       и    V 2 = V 0 [ 1 + α ( T 1 T 0 ) ] .

За отношението на тези обеми получаваме:

V 1 V 2 = 1 + α ( T 1 T 0 ) 1 + α ( T 2 T 0 ) = 1 + α T 1 α T 0 1 + α T 2 α T 0 = 1 + α T 1 1 1 + α T 2 1 = T 1 T 2 , или:

V V 0 = T T 0 ,

което означава, че обемът на идеален газ е правопропорционален на неговата абсолютна температура.

 

Направено с MyCMS. Copyright CC BY-ND 4.0.