Keadaan gas di sekitar kita adalah salah satu dari tiga bentuk materi yang umum. Dalam fisika, keadaan agregasi fluida ini biasanya dianggap dalam pendekatan gas ideal. Dengan menggunakan pendekatan ini, kami menjelaskan dalam artikel kemungkinan isoproses dalam gas.
Gas ideal dan persamaan universal untuk mendeskripsikannya
Gas ideal adalah gas yang partikelnya tidak memiliki dimensi dan tidak berinteraksi satu sama lain. Jelas, tidak ada satu gas pun yang benar-benar memenuhi kondisi ini, karena bahkan atom terkecil - hidrogen, memiliki ukuran tertentu. Selain itu, bahkan di antara atom-atom gas mulia yang netral, ada interaksi van der Waals yang lemah. Kemudian muncul pertanyaan: dalam kasus apa ukuran partikel gas dan interaksi di antara mereka dapat diabaikan? Jawaban atas pertanyaan ini adalah memperhatikan kondisi fisiko-kimiawi berikut:
- tekanan rendah (sekitar 1 atmosfer ke bawah);
- suhu tinggi (sekitar suhu kamar ke atas);
- kelembaman kimia molekul dan atomgas.
Jika setidaknya salah satu kondisi tidak terpenuhi, maka gas harus dianggap nyata dan dijelaskan oleh persamaan van der Waals khusus.
Persamaan Mendeleev-Clapeyron harus dipertimbangkan sebelum mempelajari isoproses. Persamaan gas ideal adalah nama keduanya. Ini memiliki notasi berikut:
PV=nRT
Yaitu, ia menghubungkan tiga parameter termodinamika: tekanan P, suhu T dan volume V, serta jumlah n zat. Simbol R di sini menunjukkan konstanta gas, sama dengan 8,314 J / (Kmol).
Apa yang dimaksud dengan isoproses dalam gas?
Proses ini dipahami sebagai transisi antara dua keadaan gas yang berbeda (awal dan akhir), sebagai akibatnya beberapa kuantitas dipertahankan dan yang lain berubah. Ada tiga jenis isoproses dalam gas:
- isotermal;
- isobarik;
- isokhorik.
Penting untuk dicatat bahwa semuanya dipelajari dan dijelaskan secara eksperimental pada periode dari paruh kedua abad ke-17 hingga 30-an abad ke-19. Berdasarkan hasil eksperimen ini, mile Clapeyron pada tahun 1834 menurunkan persamaan yang universal untuk gas. Artikel ini dibuat sebaliknya - dengan menerapkan persamaan keadaan, kita memperoleh rumus untuk isoproses dalam gas ideal.
Transisi pada suhu konstan
Ini disebut proses isotermal. Dari persamaan keadaan gas ideal, maka pada suhu mutlak konstan dalam sistem tertutup, produk harus tetap konstanvolume ke tekanan, yaitu:
PV=const
Hubungan ini memang diamati oleh Robert Boyle dan Edm Mariotte pada paruh kedua abad ke-17, sehingga kesetaraan yang tercatat saat ini menyandang nama mereka.
Ketergantungan fungsional P(V) atau V(P), dinyatakan secara grafis, terlihat seperti hiperbola. Semakin tinggi suhu di mana percobaan isotermal dilakukan, semakin besar produk PV.
Dalam proses isotermal, gas memuai atau mengerut, melakukan kerja tanpa mengubah energi dalamnya.
Transisi pada tekanan konstan
Sekarang mari kita pelajari proses isobarik, di mana tekanan dijaga konstan. Contoh transisi semacam itu adalah pemanasan gas di bawah piston. Sebagai hasil dari pemanasan, energi kinetik partikel meningkat, mereka mulai memukul piston lebih sering dan dengan kekuatan yang lebih besar, akibatnya gas mengembang. Dalam proses pemuaian, gas melakukan beberapa pekerjaan, yang efisiensinya adalah 40% (untuk gas monoatomik).
Untuk isoproses ini, persamaan keadaan untuk gas ideal menyatakan bahwa hubungan berikut harus berlaku:
V/T=const
Mudah didapat jika tekanan konstan dipindahkan ke sisi kanan persamaan Clapeyron, dan suhu - ke kiri. Persamaan ini disebut hukum Charles.
Persamaan menunjukkan bahwa fungsi V(T) dan T(V) terlihat seperti garis lurus pada grafik. Kemiringan garis V(T) relatif terhadap absis akan semakin kecil, semakin besar tekananP.
Transisi pada volume konstan
Isoproses terakhir dalam gas, yang akan kita bahas dalam artikel ini, adalah transisi isokhorik. Menggunakan persamaan Clapeyron universal, mudah untuk mendapatkan persamaan berikut untuk transisi ini:
P/T=const
Transisi isokhorik dijelaskan oleh hukum Gay-Lussac. Dapat dilihat bahwa secara grafik fungsi P(T) dan T(P) akan berupa garis lurus. Di antara ketiga proses isokhorik, isokhorik adalah yang paling efisien jika diperlukan untuk meningkatkan suhu sistem karena suplai panas eksternal. Selama proses ini, gas tidak bekerja, yaitu semua panas akan diarahkan untuk meningkatkan energi internal sistem.
