Термодинамик нь термодинамик системийг тэнцвэрт байдал эсвэл түүнд чиглүүлэн судалж, тайлбарладаг физикийн чухал салбар юм. Термодинамикийн тэгшитгэлийг ашиглан зарим анхны төлөвөөс эцсийн төлөв рүү шилжих шилжилтийг дүрслэхийн тулд бараг статик процессын ойролцоо дүгнэлт хийх шаардлагатай. Энэ ойролцоогоор юу вэ, эдгээр үйл явцын төрлүүд юу вэ гэдгийг бид энэ нийтлэлд авч үзэх болно.
Багас статик процесс гэж юу гэсэн үг вэ?
Таны мэдэж байгаагаар термодинамик нь системийн төлөвийг тодорхойлохдоо туршилтаар хэмжиж болох макроскоп шинж чанаруудыг ашигладаг. Эдгээрт даралт P, эзэлхүүн V, үнэмлэхүй температур T багтана. Хэрэв тухайн агшинд судалж буй системийн гурван хэмжигдэхүүн бүгд мэдэгдэж байвал түүний төлөвийг тодорхойлсон гэж хэлнэ.
Багастатик үйл явц гэсэн ойлголт нь хоёр төлөв хоорондын шилжилтийг илэрхийлдэг. Энэ шилжилтийн үедМэдээжийн хэрэг, системийн термодинамик шинж чанар өөрчлөгддөг. Хэрэв шилжилт үргэлжилж буй цаг мөч бүрт системд T, P, V мэдэгдэж байгаа бөгөөд энэ нь тэнцвэрт байдлаасаа холгүй байвал бараг статик процесс явагдана гэж бид хэлдэг. Өөрөөр хэлбэл, энэ үйл явц нь тэнцвэрт байдлын багц хоорондын дараалсан шилжилт юм. Тэрээр системд үзүүлэх гадны нөлөөлөл нь ач холбогдолгүй тул хурдан тэнцвэрт байдалд орох цагтай гэж үздэг.
Бодит процессууд бараг статик биш тул авч үзэж буй ойлголтыг оновчтой болгох болно. Жишээлбэл, хийг тэлэх эсвэл шахах үед түүний доторх үймээн самуунтай өөрчлөлтүүд, долгионы процессууд явагддаг бөгөөд тэдгээрийг сулруулахад тодорхой хугацаа шаардагддаг. Гэсэн хэдий ч хэд хэдэн практик тохиолдлуудад бөөмс өндөр хурдтай хөдөлдөг хийнүүдийн хувьд тэнцвэр хурдан тогтдог тул тэдгээрийн төлөв хоорондын янз бүрийн шилжилтийг өндөр нарийвчлалтайгаар бараг статик гэж үзэж болно.
Хийн төлөв байдал ба үйл явцын төрлүүдийн тэгшитгэл
Хий нь термодинамикийн чиглэлээр судлахад тохиромжтой материйн агрегат төлөв юм. Энэ нь түүний тайлбарын хувьд дээрх гурван термодинамик хэмжигдэхүүнтэй холбоотой энгийн тэгшитгэл байгаатай холбоотой юм. Энэ тэгшитгэлийг Клапейрон-Менделеевийн хууль гэж нэрлэдэг. Энэ нь иймэрхүү харагдаж байна:
PV=nRT
Энэ тэгшитгэлийг ашиглан бүх төрлийн изопроцесс, адиабат шилжилт баизобар, изотерм, изохор, адиабатын графикуудыг байгуулав. Тэгш байдлын хувьд n нь систем дэх бодисын хэмжээ, R нь бүх хийн тогтмол хэмжээ юм. Доор бид тэмдэглэсэн бүх төрлийн бараг статик процессуудыг авч үзнэ.
Изотермаль шилжилт
Анх үүнийг 17-р зууны сүүлчээр янз бүрийн хий ашиглан жишээ болгон судалжээ. Холбогдох туршилтуудыг Роберт Бойл, Эдм Мариотт нар хийсэн. Эрдэмтэд дараах үр дүнд хүрсэн:
PV=const үед T=const
Хэрэв та систем дэх даралтыг нэмэгдүүлбэл систем тогтмол температуртай байвал түүний эзлэхүүн энэ өсөлттэй пропорциональ буурна. Энэ хуулийг өөрөө төлөвийн тэгшитгэлээс гаргахад амархан.
График дээрх изотерм нь P ба V тэнхлэгт ойртож буй гипербол юм.
Изобар ба изохорик шилжилт
Хий дэх изобар (тогтмол даралттай) ба изохорик (тогтмол эзэлхүүнтэй) шилжилтийг 19-р зууны эхээр судалж байжээ. Тэднийг судалж, холбогдох хуулиудыг нээсэн томоохон гавьяа нь Францын Жак Чарльз, Гей-Люссак нар юм. Хоёр процесс хоёулаа математикийн хувьд дараах байдлаар илэрхийлэгдэнэ:
V/T=const үед P=const;
P/T=const үед V=const
Хэрэв бид харгалзах параметрийн тогтмолыг тохируулбал хоёр илэрхийлэл төлөвийн тэгшитгэлээс хамаарна.
Эдгээр шилжилтүүд нь ижил график дүрслэлтэй тул бид нийтлэлийн нэг догол мөрийн дор нэгтгэсэн. Изотермээс ялгаатай нь изобар ба изохор нь шулуун шугам юмЭзлэхүүн ба температур, даралт ба температурын хоорондох шууд пропорционалийг тус тус харуул.
Адиабат процесс
Энэ нь хүрээлэн буй орчноос бүрэн дулаан тусгаарлалтаар явдгаараа тайлбарласан изопроцессоос ялгаатай. Адиабат шилжилтийн үр дүнд хий нь хүрээлэн буй орчинтой дулаан солилцоогүйгээр өргөжиж эсвэл агшиж байдаг. Энэ тохиолдолд түүний дотоод энергид харгалзах өөрчлөлт гардаг, өөрөөр хэлбэл:
dU=- PdV
Адиабат квазистатик процессыг тодорхойлохын тулд изобар CP ба изохорик CV дулаан багтаамж гэсэн хоёр хэмжигдэхүүнийг мэдэх нь чухал. CP утга нь изобар тэлэлтийн үед температурыг 1 К-ээр нэмэгдүүлэхийн тулд системд хэр их дулаан өгөх ёстойг хэлдэг. CV нь зөвхөн тогтмол халаалтанд зориулагдсан гэсэн утгатай.
Идеал хийн энэ процессын тэгшитгэлийг Пуассоны тэгшитгэл гэж нэрлэдэг. Үүнийг P ба V параметрт дараах байдлаар бичнэ:
PVγ=const
Энд γ параметрийг адиабат илтгэгч гэж нэрлэдэг. Энэ нь CP ба CV-ийн харьцаатай тэнцүү байна. Нэг атомт хийн хувьд γ=1.67, хоёр атомт хийн хувьд - 1.4, хэрэв хий нь илүү нарийн төвөгтэй молекулуудаас үүссэн бол γ=1.33.
Адиабат процесс нь зөвхөн өөрийн дотоод энергийн нөөцөөс шалтгаалж явагддаг тул P-V тэнхлэг дэх адиабат график нь изотермийн графикаас илүү хурц ажилладаг.(хэтэрхийлэл).
