Изобарни процеси

Страницата е създадена на:19 октомври 2018 и редактирана на: 5 септември 2023

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:

$α = \frac{Δ V}{V_{0} Δ T}$

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 $V_{2} = V_{0} [1 + α (T_{2} - T_{0})]$ .

За отношението на тези обеми получаваме:

$\frac{V_{1}}{V_{2}} = \frac{1 + α (T_{1} - T_{0})}{1 + α (T_{2} - T_{0})} = \frac{1 + α T_{1} - α T_{0}}{1 + α T_{2} - α T_{0}} = \frac{1 + α T_{1} - 1}{1 + α T_{2} - 1} = \frac{T_{1}}{T_{2}}$ , или:

$\frac{V}{V_{0}} = \frac{T}{T_{0}}$ ,

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

Предишна страница: Уравнения на състоението

Следваща страница: Изотермични процеси

Изобарни процеси

Мнения за тази страница