Бидний эргэн тойрон дахь бодисын хийн төлөв нь материйн нийтлэг гурван хэлбэрийн нэг юм. Физикийн хувьд энэ шингэний агрегацын төлөвийг ихэвчлэн хамгийн тохиромжтой хийн ойролцоо байдлаар авч үздэг. Энэ ойролцоо утгыг ашиглан бид хийн дэх боломжтой изопроцессуудыг өгүүлэлд тайлбарласан.
Хамгийн тохиромжтой хий ба түүнийг тодорхойлох бүх нийтийн тэгшитгэл
Бөөмс нь хэмжээсгүй, хоорондоо харилцан үйлчлэлцдэггүй хий бол хамгийн тохиромжтой хий юм. Хамгийн жижиг атом болох устөрөгч хүртэл тодорхой хэмжээтэй байдаг тул эдгээр нөхцлийг яг хангадаг хий байдаггүй нь ойлгомжтой. Түүгээр ч барахгүй саармаг хийн атомуудын хооронд ч ван дер Ваалсын харилцан үйлчлэл сул байдаг. Дараа нь асуулт гарч ирнэ: ямар тохиолдолд хийн хэсгүүдийн хэмжээ, тэдгээрийн хоорондын харилцан үйлчлэлийг үл тоомсорлож болох вэ? Энэ асуултын хариулт нь дараах физик-химийн нөхцлийг дагаж мөрдөх болно:
- бага даралт (1 атмосфер ба түүнээс доош);
- өндөр температур (өрөөний температур ба түүнээс дээш);
- молекул ба атомын химийн идэвхгүй байдалбензин.
Хэрэв ядаж нэг нөхцөл хангагдаагүй бол хийг бодит гэж үзэж, ван дер Ваалсын тусгай тэгшитгэлээр тодорхойлно.
Изопроцессыг судлахын өмнө Менделеев-Клапейроны тэгшитгэлийг авч үзэх шаардлагатай. Хамгийн тохиромжтой хийн тэгшитгэл нь түүний хоёр дахь нэр юм. Энэ нь дараах тэмдэглэгээтэй байна:
PV=nRT
Энэ нь гурван термодинамик параметрийг холбодог: даралт P, температур T ба хэмжээ V, мөн бодисын хэмжээ n. Энд байгаа R тэмдэг нь хийн тогтмолыг илэрхийлдэг бөгөөд энэ нь 8.314 Дж / (Kмоль) байна.
Хий дэх изопроцесс гэж юу вэ?
Эдгээр процессууд нь хийн хоёр өөр төлөв (анхны ба эцсийн) хоорондын шилжилт гэж ойлгогддог бөгөөд үүний үр дүнд зарим хэмжигдэхүүн хадгалагдаж, бусад нь өөрчлөгддөг. Хийн гурван төрлийн изопроцесс байдаг:
- изотерм;
- изобарик;
- изохор.
Тэдгээрийг 17-р зууны 2-р хагасаас 19-р зууны 30-аад он хүртэлх хугацаанд бүгдийг нь туршилтаар судалж, дүрсэлсэн болохыг тэмдэглэх нь зүйтэй. Эдгээр туршилтын үр дүнд үндэслэн Эмиль Клапейрон 1834 онд хийн бүх нийтийн тэгшитгэлийг гаргажээ. Энэ нийтлэл нь эсрэгээрээ хийгдсэн - төлөвийн тэгшитгэлийг ашигласнаар бид идеал хийн изопроцессын томъёог олж авдаг.
Тогтмол температурт шилжих
Үүнийг изотерм процесс гэж нэрлэдэг. Идеал хийн төлөв байдлын тэгшитгэлээс харахад хаалттай системд тогтмол үнэмлэхүй температурт бүтээгдэхүүн тогтмол байх ёстой.эзэлхүүнээс даралт, өөрөөр хэлбэл:
PV=const
Энэ харилцааг 17-р зууны хоёрдугаар хагаст Роберт Бойл, Эдм Мариотт нар үнэхээр ажиглаж байсан тул одоогоор бүртгэгдсэн тэгш байдал нь тэдний нэрээр нэрлэгдсэн.
Графикаар илэрхийлсэн P(V) эсвэл V(P) функциональ хамаарлууд гипербол шиг харагдана. Изотермийн туршилт явуулах температур өндөр байх тусам PV бүтээгдэхүүн их байна.
Изотерм процесст хий нь дотоод энергийг өөрчлөхгүйгээр томорч эсвэл агшиж, ажил хийдэг.
Тогтмол даралт дахь шилжилт
Одоо даралтыг тогтмол байлгах изобар процессыг судалъя. Ийм шилжилтийн жишээ бол поршений доорхи хийн халаалт юм. Халаалтын үр дүнд бөөмсийн кинетик энерги нэмэгдэж, тэд поршенд илүү олон удаа, илүү их хүчээр цохиж эхэлдэг бөгөөд үүний үр дүнд хий өргөжиж эхэлдэг. Өргөтгөх явцад хий нь зарим ажлыг гүйцэтгэдэг бөгөөд үр ашиг нь 40% (монатомын хийн хувьд).
Энэ изопроцессын хувьд идеал хийн төлөвийн тэгшитгэл нь дараах хамаарлыг баримтлах ёстойг хэлж байна:
V/T=const
Хэрэв тогтмол даралтыг Клапейроны тэгшитгэлийн баруун тал руу, температурыг зүүн тийш шилжүүлбэл үүнийг авахад хялбар байдаг. Энэ тэгш байдлыг Чарльзын хууль гэж нэрлэдэг.
Тэгш байдал нь V(T) ба T(V) функцууд график дээр шулуун шугам шиг харагдаж байгааг харуулж байна. Абсциссатай харьцуулахад V(T) шугамын налуу нь бага байх тусам даралт ихсэх болно. P.
Тогтмол дуунд шилжих
Бидний нийтлэлд авч үзэх хий дэх хамгийн сүүлчийн изохор процесс бол изохорик шилжилт юм. Бүх нийтийн Клапейроны тэгшитгэлийг ашиглан энэ шилжилтийн дараах тэгшитгэлийг олж авахад хялбар байдаг:
P/T=const
Изохорик шилжилтийг Гей-Люссакийн хуулиар тодорхойлсон. Графикийн хувьд P(T) ба T(P) функцууд шулуун шугам байх болно. Гурван изохорик процессуудын дотроос гаднах дулааны хангамжийн улмаас системийн температурыг нэмэгдүүлэх шаардлагатай бол изохорик нь хамгийн үр дүнтэй байдаг. Энэ процессын явцад хий ямар ч ажиллахгүй, өөрөөр хэлбэл бүх дулаан нь системийн дотоод энергийг нэмэгдүүлэхэд чиглэнэ.
