Изопроцеси при идеален газ


1. Състояние на газ

Състоянието на един газ е напълно определено, ако са известни три негови основни характеристики (величини): обем V (m3), налягане р (Ра) и температура Т (К).

2. Газов процес

Когато едновременно се изменят две или три от посочените величини се осъществява газов процес.

3. Идеален газ

Идеалният газ е физичен модел на газ, в който са направени следните приближения:

а) Молекулите на газа се движат свободно и взамодействат само при удар помежду си.

б) Обемът на всички молекули се приема за пренебрежимо малък спрямо обема на съда, в който е затворен газът.

Реалните газове не се различават по свойства от идеалния газ при стайна температура и нормално атмосферно налягане. Различията са съществени при много ниски температури и налягане стотици пъти по-голямо от атмосферното.

3. Изопроцеси при газовете

Изопроцеси протичат когато една от характеристиките на газовете остава постоянна, а останалите две се променят с течение на времето. При посочените условия е възможно протичане на три изопроцеса – изотермен, изохорен и изобаренЗаконите относно изопроцесите са приложими за реални газове, които покриват изискванията на модела идеален газ.

а) Изотермен процес


Процес, който протича при постоянна Т = const и се подчинява на закона на Бойл – Мариотр.V = const или р1 V1 = р2 V2 относно началното и крайно състояние на газа, се нарича изотермен процес.

Законът е изведен за първи път от британеца Робърт Бойл (1662) и французина Едмон Мариот (1676). При изотермен процес произведението от налягането и обемът на определено количество газ е постоянна величина. Графиката на процеса в рV – диаграма е крива, която се нарича изотерма.

б) Изохорен процес

Процес, който протича при постоянен обем V= const и се подчинява на закона на Шарлр/Т = constили р12 = р2относно началното и крайно състояние на газа, се нарича изохорен процес.

Законът е изведен опитно от французина Жак Шарл (1787). При изохорен процес отношението на налягането към температурата остава постоянно. Графиката на процеса в рV – диаграма е права линия, която се нарича изохора.

Анимацията показва цикъл с включени два процеса при постоянно налягане и две процеса при  постоянен обем. На рV- диаграмата цикълът е представен като правоъгълник. Хоризонтални страни на правоъгълника са прави лини - изобари, а вертикалните страни са  прави линии - изохори.

Поведението на газовете при изохорен процес лесно обяснява забраната флаконите и бутилките с газ да не се оставят на пряка слънчева светлина.

в) Изобарен процес

Процес, който протича при постоянно налягане р = const и се подчинява на закона на Гей-ЛюсакV/Т = const или V12 = V21 относно началното и крайно състояние на газа, се нарича изобарен процес.

Законът е изведен опитно от французина Жозеф Гей-Люсак (1802). При изобарен процес отношението на обема към температурата остава постоянно. Графиката на процеса в рV – диаграма е права линия, която се нарича изобара.

Законите на Бойл-Мариот, Шарл и Гей-Люсак са в сила само идеален газ. При абсолютната нула (Т= 0К = -273,15оС) обемът и налягането на идеален газ са равни на нула (V= 0, р = 0), поради което графиките в рТ – и VТ – диаграми преминават през началото на координатната система. Моделът на идеалния газ не отчита обема и взаимодействието на молекулите. При много ниски температури реалните газове се втечняват и законите за идеалния газ за тях престават да са в сила.