§ 6. Ізатэрмічны, ізабарны і ізахорны працэсы
Ізахорны працэс. Працэс змянення стану газу пры пастаянным аб’ёме (V = const) называюць ізахорным.
Упершыню гэты працэс быў разгледжаны ў 1787 г. французскім вучоным Жакам Шарлем (1746–1823)*.
Калі пры пераходзе з пачатковага стану ў канчатковы маса і малярная маса ідэальнага газу не змяняюцца, то ціск газу, як вынікае з ураўнення Клапейрона — Мендзялеева:
, або
, гэта значыць
.
(6.3)
Ціск дадзенай масы газу пры пастаянных малярнай масе і аб’ёме прама прапарцыянальны абсалютнай тэмпературы.
Гэтае сцвярджэнне называюць законам Шарля.
Праўдзівасць закона Шарля можна праверыць эксперыментальна, выкарыстоўваючы прыладу, паказаную на малюнку 25. Колба з паветрам, злучаная з манометрам, знаходзіцца ў цеплавой раўнавазе з вадкасцю ў пасудзіне. Пры павелічэнні тэмпературы вадкасці ціск паветра ў колбе ўзрастае, а пры памяншэнні тэмпературы ціск паветра змяншаецца.
Ідэальны газ пэўнай масы ізахорна ахалоджваюць так, што яго тэмпература памяншаецца ад t1 = 327 °С до t2 = 7 °С. У колькі разоў памяншаецца ціск газу?
У каардынатах (p, T) графік ізахорнага працэсу, які ажыццяўляецца ідэальным газам, з’яўляецца прамой лініяй, працяг якой праходзіць праз пачатак каардынат (мал. 26). Гэтую лінію называюць ізахорай.
Як і ў выпадку ізабарнага працэсу, ізахора рэальных газаў не можа быць працягнутая да нулявога значэння тэмпературы.
У адных і тых каардынатах (p, T) можна пабудаваць некалькі ізахор, якія адпавядаюць розным аб’ёмам дадзенай масы газу пры нязменнай малярнай масе. Аналіз суадносін (6.3) паказвае, што большаму аб’ёму адпавядае меншы нахіл ізахоры да восі тэмператур (гл. мал. 26).
Пабудуйце графікі ізахорнага працэсу ў каардынатах (p, V) і (V, T).
1. Якая сувязь існуе паміж ціскам і аб’ёмам ідэальнага газу пры ізатэрмічным працэсе?
2. Якая сувязь існуе паміж аб’ёмам і абсалютнай тэмпературай ідэальнага газу пры ізабарным працэсе?
3. Якая сувязь існуе паміж ціскам і абсалютнай тэмпературай ідэальнага газу пры ізахорным працэсе?
4. Пры выкананні якіх умоў праўдзівы кожны з законаў для ізапрацэсаў у рэальным газе?
5. Аб’ём ідэальнага газу пэўнай масы і нязменнага хімічнага саставу ізабарна павялічылі ў b = 1,5 раза, а затым ціск газу ізахорна паменшылі ў с = 3 разы.
а) Як змянілася абсалютная тэмпература газу ў выніку першага працэсу?
б) Як змянілася абсалютная тэмпература газу ў выніку другога працэсу?
в) У колькі разоў пачатковая абсалютная тэмпература газу адрозніваецца ад яго канчатковай тэмпературы?
6. На малюнку 27 прыведзены графік трох працэсаў змянення стану ідэальнага газу пэўнай масы і нязменнага хімічнага саставу.
а) Якому працэсу адпавядае ўчастак 1 → 2 графіка? У колькі разоў павялічыўся ціск газу ў гэтым працэсе?
б) Якому працэсу адпавядае ўчастак 2 → 3 графіка? У колькі разоў павялічыліся аб’ём і абсалютная тэмпература газу ў гэтым працэсе?
в) Якому працэсу адпавядае ўчастак 3 → 4 графіка? Як і ў колькі разоў змяніліся аб’ём і ціск газу ў гэтым працэсе?
г) У колькі разоў трэба паменшыць тэмпературу газу, каб ізахорна перавесці газ са стану 4 у стан 2?
* Нягледзячы на тое што Шарль не апублікаваў вынікі сваіх даследаванняў, гісторыя фізікі аддае прыярытэт адкрыцця яму. ↑