Przemiana izotermiczna

Stan gazu określamy za pomocą trzech parametrów: p, V i T, czyli ciśnienia, objętości i temperatury. Parametry te mogą zmieniać się w czasie. Mówimy wówczas o przemianie stanu gazu. Jeżeli mamy do czynienia ze stałą masą gazu, to podczas przemiany zawsze zmieniają się co najmniej 2 parametry z trzech wymienionych.

Z równania Clapeyrona wynika, że:

pV=nRT/:T

pV/T=nR

Dla stałej masy gazu mamy więc:

Przemiana izotermiczna lub proces izotermiczny to taka przemiana gazu, podczas której temperatura T nie ulega zmianie (T=constans).

Prawo Boyle'a-Mariotte'a

Z powyższej zależności przy T=constans wynika, że:

W przemianie izotermicznej gazu doskonałego temperatura gazu nie ulega zmianie, zmieniają się natomiast ciśnienie i objętość gazu, a ich iloczyn pozostaje stały.

Przykład

Jeżeli mamy gaz zamknięty w cylindrze z tłokiem i będziemy go powoli ściskać (zmniejszać jego objętość), to automatycznie wzrośnie ciśnienie tego gazu. Jeżeli dwa razy zmniejszymy objętość, to dwa razy wzrośnie ciśnienie.

Izoterma

Ciśnienie gazu doskonałego w przemianie izotermicznej jest odwrotnie proporcjonalne do jego objętości.

Wykres zależności ciśnienia od objętości w przemianie izotermicznej to tak zwana izoterma.

Wymiana ciepła podczas przemiany izotermicznej

Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki ΔU=W+Q. Podczas przemiany izotermicznej temperatura gazu nie zmienia się, nie zmienia się zatem także energia wewnętrzna gazu. Mamy więc: 0=W+Q.

Mimo, że temperatura gazu podczas przemiany izotermicznej nie ulega zmianie, zachodzi wymiana ciepła z otoczeniem.

Gdy mamy do czynienia z rozprężaniem gazu, gdy objętość gazu wzrasta i gaz wykonuje pewną pracę W<0. Wykonywana praca ma miejsce kosztem ciepła pobranego z otoczenia (Q>0).

Podczas sprężania izotermicznego siły zewnętrzne wykonują pracę nad gazem (W>0), zatem gaz musi oddać ciepło do otoczenia (Q<0).

Przemiany gazowe

Typy różnych przemian określamy dla różnych przypadków, gdy nie zmienia się jeden z powyższych parametrów lub innych parametrów stanu, wyżej nie wymienionych.

Przemiana adiabatyczna

Przemiana adiabatyczna lub proces adiabatyczny to taka przemiana gazu, podczas której nie ma miejsca wymiana ciepła między gazem a otoczeniem. W tej przemianie zmianie ulegają wszystkie trzy podstawowe parametry stanu gazu.

Przemiana izochoryczna

W przemianie izochorycznej stałej masy gazu doskonałego objętość gazu nie ulega zmianie, zmieniają się natomiast ciśnienie i temperatura gazu, a ich iloraz pozostaje stały.

Przemiana izobaryczna

W przemianie izobarycznej stałej masy gazu doskonałego ciśnienie gazu nie ulega zmianie, zmieniają się natomiast temperatura i objętość gazu, a ich iloraz pozostaje stały.

© medianauka.pl, 2021-04-20, A-4027