Клучни зборови
идеален гас; вистински гас; Закон за гас; Притисок; Волумен; Температура; изотермална; адијабатски; изобарен
Закон за гас
Трите големини притисок П., температура Т и волумен V на гас зависат едни од други. Напишано како равенка, изгледа вака:
Закон за гас:
P V = n R Т.
(Сепак, ова е вистина Закон за гас во оваа форма строго зборувајќи само за идеални гасови, така оние чии честички не комуницираат едни со други; Значи, и тие не се кондензираат. Како и да е, може да се користи и на доволно далечни температури над точката на вриење вистински гасови применуваат.) R е константа и се нарекува општа константа на гас, n е бројот Крт (Мол е единица што се користи за означување на количината на супстанција).
Така, законот за гас содржи три количини (под услов бројот на молови да е непроменет за време на еден процес) - P, V, T. Сите три ќе се променат на меѓусебно зависен начин во кој било процес. Зголемувањето на притисокот предизвикува, на пример, намалување на волуменот и/или зголемување на температурата; зголемување на температурата зголемување на волуменот и/или притисок. Ако една од променливите се чува постојана, постојат некои посебни случаи што се објаснети подолу.
Сл. 1 ball балон со топол воздух
За да се крене балонот, важно е само сончево зрачење, што осигурува дека воздухот во балонот се загрева во однос на температурата на околината - работи и во зима. Сè додека сонцето сјае - и за жал тоа беше проблемот тука минатата зима. Или беше облачно или премногу ветровито или обете.
Балонот е достапен под името „Соларен авион“ на www.astromedia.de. Крај на насловот
1. Ако го задржите волуменот на гас константен ...
(на пример, со ставање во контејнер) равенката станува:
P = n R T/V или P ∼ T (читај како: P е пропорционален на Т).
Тогаш зголемувањето на температурата (т.е. додавање на топлина) доведува до зголемување на притисокот. Тоа е затоа што зголемувањето на температурата предизвикува побрзо движење на молекулите на гасот и ги предизвикува да ги погодат wallsидовите на контејнерот со поголема кинетичка енергија. Овие судири на молекулите - или импулсот пренесен во wallидот на контејнерот - се токму она што макроскопски се перцепира како притисок. И обратно, намалувањето на температурата доведува до намалување на притисокот.
Се нарекуваат промени на состојбата при постојан волумен изохор.
Со изохорична промена на состојбата, волуменот останува константен, така што гасот не може да работи со волуменска работа (што значи - не може да работи, бидејќи ако работи гас, ова е работа со волумен). Ако сега додадете топлина на неа, целата испорачана топлина ќе доведе до зголемување на внатрешната енергија, бидејќи ниту една енергија не може да се ослободи повторно како работа. Така, 1-та главна клаузула станува:
Ова е причината зошто работи шпорет под притисок - откако водата ќе испари, не може да го зголеми нејзиниот волумен, поради што се зголемуваат притисокот и температурата, а компирот се готви побрзо на повисока температура.
2. Ако ја одржувате температурата постојана ...
равенката станува:
P V = константа,
производот на притисок и волумен е постојан под овие услови, и двете се обратно пропорционални едни на други. Ако гасот е подложен на притисок што е двојно поголем (трипати поголем, четири пати ...), неговиот волумен е преполовен (третини, четвртини ...). Спротивно на тоа, удвојувањето (тројно зголемување ...) на волуменот доведува до преполовување (третина ...) на притисокот.
Се нарекуваат промени на состојбата на постојана температура изотермална.
Во случај на изотермална промена на состојбата, температурата не се менува и со тоа не се менува ниту внатрешната енергија. Првата главна клаузула станува:
Целата испорачана топлина се ослободува како работа или обратно.
3. Ако го одржувате притисокот постојан ...
равенката се применува:
V = n R T/P или V ∼ Т.
Зголемувањето на температурата сега доведува до зголемување на волуменот. На честичките што побрзо се движат им треба повеќе простор, па затоа гасот се шири. За да го разбереме ова, ментално го ставаме гасот во флексибилен сад што се шири со гасот. Ако гасот и контејнерот не се прошират, честичките ќе ја погодат границата посилно, што ќе резултира во поголем пренос на импулсот, т.е поголем притисок. Но, треба да остане непроменет, што се постигнува со зголемување на волуменот. Бидејќи сега честичките удираат во wallsидовите на контејнерот со поголема брзина, но тоа го прават поретко (заради поголемо растојание). Помала фреквенција на влијанија исто така го намалува преносот на моментумот, а со тоа и притисокот повторно.
Со намалување на температурата, волуменот соодветно се намалува. Се нарекуваат промени на состојбата при постојан притисок изобарен.
Постојат две едноставни Експерименти, кои секогаш се добро прифатени од гледачите:
Инструкции за експериментирање тука:
Детска рок куќа - први експерименти за мали истражувачи. Кристоф Мишел, Bibliographisches Institut & F. A. Brockhaus AG, Манхајм, 2008. Крај на натписот
Следниот експеримент се заснова на истиот принцип - наместо балон, варено јајце се вшмукува во шишето.
Во филмот можете да видите како јајцето се лизга во шишето тука: цицање јајце во шишето (ве молиме запомнете - датотеката е 9,1 МБ!)
Инструкции за експериментирање тука:
Детската рок куќа - експерименти. Јоаким Хекер, Bibliographisches Institut & F. A. Brockhaus AG, Манхајм, 2005. Крај на сликата
Адијабатска промена на државата
Воздухот во шишето се олади - даваше топлина на околината. Тоа нè води кон друг посебен случај: адијабатски Промена на државата. Промената на состојбата е адијабатска кога не се разменува топлина со околината. Гасот (или друг систем) мора да биде целосно термички изолиран од околината. Сепак, процесите што се одвиваат толку брзо што практично не може да се случи размена на топлина се исто така приближно адијабатски. На пример, ударот на компресија во моторот може да се гледа како адијабатска компресија (види мотор со согорување).
Внатрешната енергија на идеалниот гас зависи само од неговата температура, иако реалните гасови исто така може да се сметаат за идеални на температури далеку над точката на кондензација. Промени во внатрешната енергија може да се донесат со додавање или отстранување на топлина или работа. Ако сега компресирате идеален гас, му додавате работа, т.е ја зголемувате неговата внатрешна енергија. Ако го компресирате адијабатски - т.е. без додавање или отстранување на топлина - ова дело е единствената промена во внатрешната енергија. Температурата на гасот/воздухот се зголемува (бидејќи дисипацијата на топлина е исклучена).
Бидејќи не се разменува топлина со околината, првиот закон за адијабатски процеси станува:
Адијабатското ширење на гас доведува до ладење на гасот, на пример, кога загреаниот гас се шири во цилиндар и го истура клипот. Работи на клипот, енергијата за ова доаѓа од внатрешната енергија на гасот, која како резултат се намалува. Кинетичката енергија на честичките се претвора во кинетичка енергија на клипот, поради што честичките на гасот ја губат, што потоа се изразува со намалување на температурата (бидејќи кинетичката енергија на честичките е температура).
Кога сонцето ги загрева воздушните слоеви близу до земјата во текот на утрото, тие се шират, а потоа почнуваат да растат поради нивната помала густина (па така, примерот всушност припаѓа под точката „постојан притисок“). За време на искачувањето, сепак, размената на енергија помеѓу воздушните парцели и нивната околина може да се занемари и целата работа да се гледа како адијабатски процес. Воздушниот притисок, кој се намалува со висината, предизвикува проширување на воздушните парцели. Бидејќи нема размена на топлина со околината, енергијата потребна за зголемување на волуменот мора да доаѓа од внатрешната енергија на воздушните парцели - тие се ладат. (Во реалноста, се разбира, постои размена на топлина. Бидејќи зголемената воздушна парцела е потопла од амбиентниот воздух, топлината тече далеку од воздушната парцела. Сепак, ова ладење не може да резултира со какво било проширување. Енергијата за проширување на волуменот може да дојде само од внатрешната енергија на воздушната парцела дојди.)
Адијабатското искачување на воздухот може да се симулира со следниот експеримент, во кој воздушните меури се зголемуваат во маслото за јадење (сепак, може да се забележи само зголемување на волуменот, а не намалување на температурата во зголемените воздушни меури).
Балонот за искачување на Слика 1 се чини дека не спаѓа во поглавјето „адијабатско искачување“, бидејќи затворениот воздух дополнително се загрева за време на искачувањето поради црниот пластичен плик.