Koska tilan pV = nRT yhtälö on yksinkertainen ja heijastaa kohtuullisella tarkkuudella monien kaasujen käyttäytymistä monissa ympäristöolosuhteissa, se on erittäin hyödyllinen. Mutta se ei tietenkään ole universaalia. On selvää, että yksikään nestemäisessä ja kiinteässä tilassa oleva aine ei noudata tätä yhtälöä. Ei ole olemassa sellaisia ​​kondensoituneita aineita, joiden tilavuus puolittuisi paineen kaksinkertaistuessa. Jopa korkeassa puristuksessa tai lähellä kastepistettään olevilla kaasuilla on havaittavia poikkeamia ilmoitetusta käyttäytymisestä. Monia muita monimutkaisempia tilayhtälöitä on ehdotettu. Jotkut niistä ovat erittäin tarkkoja rajoitetulla muuttuvien ulkoisten olosuhteiden alueella. Jotkut ovat sovellettavissa erityisiin aineluokkiin. On olemassa yhtälöitä, jotka pätevät laajempaan aineluokkaan laajemminkin erilaisissa ympäristöolosuhteissa, mutta ne eivät ole kovin tarkkoja. Täällä emme tuhlaa aikaa tällaisten tilayhtälöiden yksityiskohtaiseen tarkasteluun, mutta annamme kuitenkin niistä jonkinlaisen käsityksen.

Oletetaan, että kaasumolekyylit ovat ehdottoman elastisia kovia palloja, niin pieniä, että niiden kokonaistilavuus voidaan jättää huomiotta verrattuna kaasun miehittämään tilavuuteen. Oletetaan myös, että molekyylien välillä ei ole houkuttelevia tai hylkiviä voimia ja että ne liikkuvat täysin satunnaisesti törmääen satunnaisesti toisiinsa ja suonen seinämiin. Jos sovellamme tähän kaasumalliin alkeellista klassista mekaniikkaa, saamme suhteen pV = RT turvautumatta mihinkään kokeellisen tiedon yleistyksiin, kuten Boylen - Mariotten ja Charles - Gay-Lussin lakeihin. Toisin sanoen kaasu, jota olemme kutsuneet "ideaaliksi", käyttäytyy kaasuna, joka koostuu hyvin pienistä kovista palloista, jotka ovat vuorovaikutuksessa keskenään vain törmäyshetkellä. Tällaisen kaasun mihin tahansa pintaan kohdistama paine on yksinkertaisesti yhtä suuri kuin liikemäärän keskiarvo, jonka molekyylit siirtävät aikayksikköä kohti yksikköpintaan törmätessään siihen. Kun molekyyli, jonka massa on m, osuu pintaan, jonka nopeuskomponentti on kohtisuorassa pintaan nähden ja heijastuu nopeuskomponentilla , niin tuloksena oleva liikemäärä, joka siirtyy pintaan mekaniikan lakien mukaan, on yhtä suuri kuin Nämä nopeudet ovat melko suuria ( useita satoja metrejä sekunnissa ilmalle normaaleissa olosuhteissa), joten törmäysaika on hyvin lyhyt ja liikemäärän siirto on lähes välitöntä. Mutta törmäyksiä on niin paljon (suuruusluokkaa 1023 per 1 cm2 per 1 s ilmassa ilmakehän paineessa), että millä tahansa instrumentilla mitattuna paine on ehdottoman ajallisesti vakio ja jatkuva.

Useimmat suorista mittauksista ja havainnoista osoittavatkin, että kaasut ovat jatkuvaa väliainetta. Johtopäätös, jonka mukaan niiden on koostuttava suuresta määrästä yksittäisiä molekyylejä, on puhtaasti spekulatiivinen.

Tiedämme kokemuksesta, että todelliset kaasut eivät noudata juuri kuvatun ihannemallin ennustamia käyttäytymissääntöjä. Riittävän matalissa lämpötiloissa ja riittävän korkeissa paineissa mikä tahansa kaasu tiivistyy nestemäiseksi tai kiinteäksi olomuodoksi, jota kaasuun verrattuna voidaan pitää kokoonpuristumattomana. Siten molekyylien kokonaistilavuus ei aina ole mitätön verrattuna astian tilavuuteen. On myös selvää, että molekyylien välillä on houkuttelevia voimia, jotka riittävän alhaisissa lämpötiloissa voivat sitoa molekyylejä, mikä johtaa aineen kondensoituneen muodon muodostumiseen. Nämä pohdinnat viittaavat siihen, että yksi tapa saada tilayhtälö, joka on yleisempi kuin ihanteellisen kaasun tilayhtälö, on ottaa huomioon todellisten molekyylien äärellinen tilavuus ja niiden väliset vetovoimat.

Molekyylitilavuuden laskeminen ei ole vaikeaa, ainakaan laadullisella tasolla. Oletetaan yksinkertaisesti, että molekyylien liikkumiseen käytettävissä oleva vapaa tilavuus on pienempi kuin kaasun kokonaistilavuus V arvolla 6, mikä liittyy molekyylien kokoon ja jota joskus kutsutaan sidotuksi tilavuudeksi. Joten meidän on korvattava V ideaalisessa kaasuyhtälössä (V - b); sitten saamme

Tätä suhdetta kutsutaan joskus Clausiuksen tilayhtälöksi saksalaisen fyysikon Rudolf Clausiuksen mukaan, jolla oli tärkeä rooli termodynamiikan kehityksessä. Opimme hänen työstään lisää seuraavassa luvussa. Huomaa, että yhtälö (5) on kirjoitettu 1 moolille kaasua. Jos n mol, sinun on kirjoitettava p(V-nb) = nRT.

On hieman vaikeampaa ottaa huomioon molekyylien väliset vetovoimat. Molekyyli, joka sijaitsee kaasutilavuuden keskellä, toisin sanoen kaukana astian seinistä, "näkee" saman määrän molekyylejä kaikkiin suuntiin. Siksi vetovoimat ovat samat kaikkiin suuntiin ja tasapainottavat toisiaan, joten nettovoimaa ei synny. Kun molekyyli lähestyy suonen seinämää, se "näkee" enemmän molekyylejä takanaan kuin edessään. Tuloksena on vetovoima, joka kohdistuu aluksen keskustaan. Molekyylin liike on hieman hillitty ja se osuu suonen seinämään vähemmän voimakkaasti kuin vetovoimien puuttuessa.

Koska kaasun paine johtuu liikemäärän siirrosta, kun molekyylit törmäävät astian seinämiin (tai mihin tahansa muuhun kaasun sisällä olevaan pintaan), houkuttelevien molekyylien synnyttämä paine on jonkin verran pienempi kuin kaasun aiheuttaman paineen. samat molekyylit vetovoiman puuttuessa. Osoittautuu, että paineen lasku on verrannollinen kaasun tiheyden neliöön. Siksi voimme kirjoittaa

jossa p on tiheys mooleina tilavuusyksikköä kohti, on ei-houkuttelevien molekyylien ideaalisen kaasun synnyttämä paine ja a on suhteellisuuskerroin, joka luonnehtii tietyn tyyppisten molekyylien välisten vetovoimien suuruutta. Muista, että missä n on moolien lukumäärä. Sitten relaatio (b) voidaan kirjoittaa uudelleen 1 moolille kaasua hieman eri muodossa:

jossa a:lla on ominaisarvo tietylle kaasutyypille. Yhtälön (7) oikea puoli on ihanteellisen kaasun "korjattu" paine, jonka on korvattava yhtälössä p. Jos otetaan huomioon molemmat korjaukset, joista toinen johtuu tilavuudesta kohdan (b) mukaisesti ja toinen johtuu kohdan (7) mukaisiin vetovoimiin saamme 1 moolia kaasua

Tämän yhtälön ehdotti ensimmäisen kerran hollantilainen fyysikko D. Van der Waals vuonna 1873. n mol:lle se saa muodon

Van der Waalsin yhtälö ottaa yksinkertaisessa ja selkeässä muodossa huomioon kaksi vaikutusta, jotka aiheuttavat poikkeamia todellisten kaasujen käyttäytymisessä ihanteellisesta. Ilmeisesti pinta, joka edustaa van der Waalsin tilayhtälöä avaruudessa p, V, Tu ei voi olla niin yksinkertainen kuin ihanteellista kaasua vastaava pinta. Osa tällaisesta pinnasta tietyille a:n ja b:n arvoille on esitetty kuvassa. 3.7. Isotermit näytetään yhtenäisinä viivoina. Isotermeillä, jotka vastaavat lämpötiloja, joiden lämpötila ylittää ns. kriittisen isotermin, ei ole minimiä ja käänteitä, ja ne näyttävät samanlaisilta kuin kuvassa 1 esitetyt ideaaliset kaasuisotermit. 3.6. Isotermin alapuolella olevissa lämpötiloissa niillä on maksimi ja minimi. Riittävän matalissa lämpötiloissa on alue, jossa paine muuttuu negatiiviseksi, kuten katkoviivoilla kuvatut isotermien osat osoittavat. Nämä kohoumat ja notkahdukset sekä negatiivisten paineiden alue eivät vastaa fyysisiä vaikutuksia, vaan heijastavat vain van der Waalsin yhtälön puutteita, sen kyvyttömyyttä kuvata todellisten aineiden todellista tasapainokäyttäytymistä.

Riisi. 3.7. Pinta p - V - T kaasulle, joka noudattaa van der Waalsin yhtälöä.

Itse asiassa todellisissa kaasuissa lämpötilan alapuolella ja riittävän korkeassa paineessa molekyylien väliset vetovoimat johtavat kaasun kondensoitumiseen nestemäiseen tai kiinteään tilaan. Siten isotermien piikkien ja laskujen poikkeava alue alipaineen alueella, joka ennustetaan van der Waalsin yhtälöllä, todellisissa aineissa vastaa sekafaasin aluetta, jossa höyry ja nestemäinen tai kiinteä tila esiintyvät rinnakkain. . Riisi. 3.8 kuvaa tätä tilannetta. Tällaista "epäjatkuvaa" käyttäytymistä ei voi kuvata millään suhteellisen yksinkertaisella ja "jatkuvalla" yhtälöllä.

Puutteistaan ​​huolimatta van der Waalsin yhtälö on hyödyllinen kuvaamaan korjauksia ideaalikaasuyhtälöön. A:n ja b:n arvot eri kaasuille määritetään kokeellisista tiedoista, joitain tyypillisiä esimerkkejä on annettu taulukossa. 3.2. Valitettavasti millekään tietylle kaasulle ei ole olemassa yksittäisiä a:n ja b:n arvoja, jotka antaisivat tarkan kuvauksen p:n, V:n ja T:n välisestä suhteesta laajalla alueella van der Waalsin yhtälön avulla.

Taulukko 3.2. Van der Waalsin vakioiden ominaisarvot

Taulukossa annetut arvot antavat kuitenkin meille laadullista tietoa odotetusta poikkeamasta ihanteellisen kaasun käyttäytymisestä.

On opettavaista tarkastella tiettyä esimerkkiä ja verrata saatuja tuloksia ideaalikaasuyhtälöön, Clausius-yhtälöön ja van der Waalsin yhtälöön mitattuihin tietoihin. Tarkastellaan 1 moolia vesihöyryä tilavuudessa 1384 cm3 lämpötilassa 500 K. Muista tämä (mol K) ja käyttämällä taulukon arvoja. 3.2, saamme

a) ihanteellisen kaasun tilayhtälöstä:

b) Clausiuksen tilayhtälöstä: atm;

c) van der Waalsin tilayhtälöstä:

d) kokeellisista tiedoista:

Näissä erityisissä olosuhteissa ideaalikaasulaki antaa paineen yliarvioinnin noin 14 %:lla, yhtälö

Riisi. 3.8. Pinta aineelle, joka supistuu jäähtyessään. Tällaista pintaa ei voi kuvata yhdellä tilayhtälöllä, vaan se on rakennettava kokeellisen tiedon perusteella.

Clausius antaa vielä suuremman virheen, noin 16 %, ja van der Waalsin yhtälö yliarvioi paineen noin 5 %. Mielenkiintoista on, että Clausius-yhtälö antaa suuremman virheen kuin ihanteellinen kaasuyhtälö. Syynä on se, että molekyylien äärellisen tilavuuden korjaus lisää painetta, kun taas vetovoiman termi vähentää sitä. Siten nämä korjaukset kompensoivat osittain toisiaan. Ideaalikaasulaki, jossa ei oteta huomioon toista eikä toista korjausta, antaa painearvon, joka on lähempänä todellista arvoa kuin Clausius-yhtälö, joka ottaa huomioon vain sen nousun vapaan tilavuuden pienenemisestä. Erittäin suurilla tiheyksillä molekyylien tilavuuden korjaus tulee paljon merkittävämmäksi ja Clausius-yhtälö osoittautuu tarkemmaksi kuin ihanteellinen kaasuyhtälö.

Yleisesti ottaen todellisille aineille emme tunne p:n, V:n, T:n ja n:n välistä nimenomaista suhdetta. Useimmille kiinteille aineille ja nesteille ei ole olemassa edes karkeita likiarvoja. Siitä huolimatta olemme vakaasti vakuuttuneita siitä, että tällainen suhde on olemassa jokaiselle aineelle ja että aine noudattaa sitä.

Alumiinipala vie tietyn tilavuuden, aina täsmälleen saman, jos lämpötila ja paine ovat annetuissa arvoissa. Kirjoitamme tämän yleisen lausunnon matemaattisessa muodossa:

Tämä merkintä väittää jonkin funktionaalisen suhteen olemassaolon p:n, V:n, T:n ja n:n välillä, mikä voidaan ilmaista yhtälöllä. (Jos kaikki tällaisen yhtälön ehdot siirretään vasemmalle, oikea puoli on luonnollisesti nolla.) Tällaista lauseketta kutsutaan implisiittiseksi tilayhtälöksi. Se tarkoittaa jonkinlaisen suhteen olemassaoloa muuttujien välillä. Siinä sanotaan myös, että emme tiedä mikä tämä suhde on, mutta aine "tietää" sen! Riisi. 3.8 antaa meille mahdollisuuden kuvitella, kuinka monimutkainen yhtälön täytyy olla, joka kuvaa todellista ainetta monilla muuttujilla. Tämä kuva esittää todellisen aineen pintaa, joka kutistuu jäätyessään (näin lähes kaikki aineet käyttäytyvät paitsi vesi). Emme ole tarpeeksi taitavia ennustamaan laskennallisesti, kuinka paljon tilavuutta aine ottaa mielivaltaisesti annetuilla p-, T- ja n-arvoilla, mutta olemme täysin varmoja siitä, että aine "tietää" kuinka paljon tilavuutta se vie. ylös. Tämä luottamus vahvistetaan aina kokeellisella tarkastuksella. Aine käyttäytyy aina ainutlaatuisella tavalla.

TILAN YHTÄLÖ - yhtälö, joka liittyy paineeseen R, äänenvoimakkuus V ja vatsalihakset. temp-ru T fyysisesti homogeeninen järjestelmä termodynaamisen tasapainon tilassa: f(p, V, T) = 0. Tätä yhtälöä kutsutaan. lämpö U. s., toisin kuin kalorien U. s., joka määrittää sisäisen. energiaa U järjestelmät f-tion to-l. kaksi kolmesta parametrista p, v, t. Thermal W. s. voit ilmaista painetta tilavuuden ja lämpötilan suhteen, p=p(V, T), ja määritä alkeistyö järjestelmän äärettömälle pienelle laajennukselle. W. s. on välttämätön lisä termodynamiikkaan. lakeja, jotka mahdollistavat niiden soveltamisen todellisiin aineisiin. Sitä ei voida johtaa pelkästään lakien avulla, vaan se määräytyy kokemuksen perusteella tai lasketaan teoreettisesti aineen rakennekäsitteiden perusteella tilastollisin menetelmin. fysiikka. From termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö seuraa vain kalorien olemassaoloa. Yhdysvalloista ja kotoisin termodynamiikan toinen pääsääntö- kalorien ja lämmön U:n välinen suhde .:lla:

missä a ja b- vakiot riippuvat kaasun luonteesta ja ottaen huomioon molekyylien välisten vetovoimien vaikutuksen ja molekyylien tilavuuden äärellisyyden; viraalinen U. s. ei-ihanteelliselle kaasulle:

missä B (T), C (T), ...- 2., 3. jne. viruskertoimet, riippuen molekyylien välisen vuorovaikutuksen voimista. Virial U. s. antaa mahdollisuuden selittää monia kokeellinen tulokset perustuvat yksinkertaisiin malleihin molekyylien välinen vuorovaikutus kaasuissa. Tarjolla on myös eri. empiirinen At. sivut, jotka perustuvat kokeeseen. tiedot kaasujen lämpökapasiteetista ja kokoonpuristuvuudesta. W. s. ei-ideaaliset kaasut osoittavat kriittisten kaasujen olemassaolon. pisteet (parametreineen p, V K , T j), jossa kaasu- ja nestefaasit tulevat identtisiksi. Jos U. s. edustavat pelkistetyn U.S.:n muodossa, toisin sanoen dimensiottomina muuttujina r / r k, V/V K , T/T osoitteeseen, niin ei liian alhaisella temp-paxilla tämä yhtälö muuttuu vähän decompin suhteen. aineet (vastaavien valtioiden laki),

Nesteiden osalta, koska on vaikea ottaa huomioon kaikkia molekyylien välisen vuorovaikutuksen piirteitä, ei ole vielä ollut mahdollista saada yleistä teoreettista ultraäänikerrointa. Van der Waalsin yhtälö ja sen muunnelmat, vaikka niitä käytetäänkin ominaisuuksille, arvioivat nesteiden käyttäytymistä, mutta pohjimmiltaan se ei sovellu alle kriittisen. kohdat, joissa neste- ja kaasufaasien rinnakkaiselo on mahdollista. Ultraäänitiheys, joka kuvaa hyvin useiden yksinkertaisten nesteiden ominaisuuksia, voidaan saada likimääräisistä nesteiden teorioista. Molekyylien keskinäisen järjestelyn todennäköisyysjakauman tunteminen (parikorrelaatiofunktiot; ks. Nestemäinen), on periaatteessa mahdollista laskea W. s. nesteitä, mutta tämä ongelma on monimutkainen eikä sitä ole täysin ratkaistu edes tietokoneen avulla.

U.-sivun vastaanottamiseen. kiinteät aineet käyttävät teoriaa kidehilan värähtelyjä, mutta universaali U. s. vastaanottamattomille kiintoaineille.

(fotonikaasulle) W. kanssa. päättänyt

Vakiomassalla järjestelmän parametrit p, V, t voivat muuttua ulkoisten vaikutusten (mekaanisten ja termisten) vuoksi. Jos systeemi on fysikaalisilta ominaisuuksiltaan homogeeninen eikä siinä tapahdu kemiallisia reaktioita, niin, kuten kokemus osoittaa, kun yksi sen parametreista muuttuu, yleensä muutoksia tapahtuu myös muissa. Siten kokeiden perusteella voidaan väittää, että homogeenisen järjestelmän parametrien (vakiomassalla) tulisi olla toiminnallisesti yhteydessä toisiinsa:

Yhtälöä (3.1) kutsutaan järjestelmän termiseksi tilayhtälöksi tai yksinkertaisesti tilayhtälöksi. Tämän yhtälön löytäminen eksplisiittisessä muodossa on yksi molekyylifysiikan pääongelmista. Samanaikaisesti, termodynaamisesti, yleisiä lakeja käyttäen, on mahdotonta löytää tämän yhtälön muotoa. Vain tiettyjen järjestelmien yksittäisiä ominaisuuksia tutkimalla on mahdollista valita riippuvuuksia (3.1), joilla on empiiristen riippuvuuksien merkitys, jotka likimäärin kuvaavat järjestelmien käyttäytymistä rajoitetuilla lämpötila- ja painemuutosalueilla. Molekyylissä

Fysiikka on kehittänyt yleisen menetelmän yhtälöiden (3.1) saamiseksi molekyylien välisten vuorovaikutusten huomioon ottamisen perusteella, mutta tällä tiellä tiettyjä järjestelmiä tarkasteltaessa kohtaa suuria matemaattisia vaikeuksia. Molekyylikineettisiä menetelmiä on käytetty tilayhtälön saamiseksi harvinaistuneille (ihanteellisille) kaasuille, joissa molekyylien väliset vuorovaikutukset ovat mitättömän pieniä. Molekyylifysiikka mahdollistaa myös sellaisten kaasujen ominaisuuksien kuvaamisen, jotka eivät ole kovin voimakkaasti puristuneita. Mutta kysymys tiheiden kaasujen ja nesteiden tilayhtälön teoreettisesta johtamisesta monien tutkijoiden ponnisteluista huolimatta on edelleen ratkaisematta.

Järjestelmän tilan muutosta, joka liittyy sen parametrien muutokseen, kutsutaan termodynaamiseksi prosessiksi. Kohdan (3.1) mukaan kehon tila voidaan näyttää koordinaattijärjestelmän pisteellä Kuvassa 1.3 a esittää järjestelmän kaksi tilaa pisteineen Siirtyminen tilasta 1 tilaan 2 tapahtuu tuloksena termodynaaminen prosessi useiden peräkkäisten välitilojen sarjana.

Voidaan kuvitella tällainen siirtyminen alkutilasta lopputilaan 2, jossa jokainen välitila on tasapainossa. Tällaisia ​​prosesseja kutsutaan tasapainoiksi ja koordinaattijärjestelmässä ne on kuvattu jatkuvalla viivalla (kuva 1.3, b). Laboratoriomittakaavaisissa järjestelmissä tasapainoprosessit etenevät äärettömän hitaasti, vain sellaisella prosessin kulkulla painetta ja lämpötilaa muuttuvissa kohteissa kullakin ajanhetkellä voidaan pitää samana kaikkialla. Kuvan 1.1 mallilla samanlainen prosessi voidaan suorittaa sekä yksittäisiä pellettejä poistamalla tai lisäämällä että äärettömän hitailla lämpötilamuutoksilla termostaatissa, jossa lämpöä johtavilla seinillä varustettu sylinteri sijaitsee.

Jos järjestelmässä tapahtuu riittävän nopeasti muutoksia (kuvan 1.1 mallissa männän kuorma muuttuu hyppyssä äärettömän paljon), niin sen sisällä paine ja lämpötila eivät ole samat eri kohdissa, eli ne ovat toimintoja koordinaatit. Tällaisia ​​prosesseja kutsutaan epätasapainoisiksi

Osavaltion asetukset .

1. - absoluuttinen paine

2. - tietty määrä

3. Lämpötila
4. Tiheys

F (p, v, t) = 0.

prosessi .

tasapainoprosessi

Käännettävä prosessi -

termodynaaminen prosessi

p-v, p-T prosessikäyrä
– muodon yhtälö .

Tilayhtälö yksinkertaiselle vartalolle - .
Ihanteellinen kaasu
PV = nRT
oikeaa kaasua

Kysymys 3. Termodynaaminen työ, P-V koordinaatit.

Termodynaaminen työ: , missä on yleinen voima, on koordinaatti.
Erityistä työtä: , , missä on massa.

Jos ja , sitten on laajentumisprosessi, työ on positiivista.
- Jos ja , silloin pakkausprosessi on negatiivinen.
- Pienellä tilavuuden muutoksella paine ei käytännössä muutu.

Täysi termodynaaminen työ: .

1. Siinä tapauksessa , sitten.

, niin työ jaetaan kahteen osaan: , missä - tehokasta työtä, - peruuttamattomia tappioita, kun - sisäisen lämmönsiirron lämpö, ​​eli peruuttamattomat häviöt muunnetaan lämmöksi.

________________________________________________________________

Kysymys 4. Mahdolliset työt, P-V koordinaatit, työnjako.

Potentiaalinen työpaikka on paineen muutoksen aiheuttama työ.


- Jos ja
- Jos ja , pakkausprosessi on käynnissä.
- Pienellä paineen muutoksella tilavuus ei juuri muutu.

Mahdollisen työn kokonaismäärä voidaan löytää kaavasta: .

1. Siinä tapauksessa , sitten.

2. Jos prosessiyhtälö on annettu - , sitten .

Missä on työ
siirretään ulkoisiin järjestelmiin.

, jossa E on kappaleen nopeus, dz on kappaleen painopisteen korkeuden muutos gravitaatiokentässä.
________________________________________________________

Kysymys 16. Isobaarinen prosessi yksinkertaisen kappaleen tilan muuttamisessa. Prosessiyhtälö, P-V-esitys, parametrien välinen suhde, työ ja lämmönsiirto, tilafunktioiden muutos.

Jos , laajennusprosessi on käynnissä.

isobarinen prosessi.

Kuten , sitten .

Ihanteellista kaasua varten:

Termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö: .

Ihanteellista kaasua varten: ja

Kysymys 63. Kuristus. Joule-Thomson efekti. Peruskonseptit

Kuristus- aineen liikkumisprosessi äkillisen kapenemisen kautta. Syitä paikallisten vastusten esiintymiseen työnesteen virtauksen liikkeen aikana kanavien läpi voivat olla lukitus-, säätö- ja mittauslaitteet; käännökset, kapeneminen, kanavien saastuminen jne.
Joule-Thomson efekti- aineen lämpötilan muutos adiabaattisen kuristuksen aikana.

Riisi. 1.7. Kuristusprosessi h-s-kaaviossa

Erottaa ero ja integraalinen kuristin - efektit. Differentiaalisen kuristimen arvo – vaikutus määräytyy suhteesta

, missä – Joule-Thomson-kerroin, [K/Pa].

Integroitu kuristusefekti: .
Joule-Thomson-kerroin johdetaan termodynamiikan ensimmäisen lain ja termostaattisen toisen pääsäännön matemaattisista lausekkeista

1. Jos kaasun vaikutus on positiivinen ( D h > 0), sitten käyttönesteen lämpötila laskee ( dT<0 );

2. Jos kuristusvaikutus on negatiivinen ( D h< 0 ), sitten käyttönesteen lämpötila nousee ( dT>0);

3. Jos kuristusvaikutus on nolla ( D h = 0), silloin käyttönesteen lämpötila ei muutu. Kaasun tai nesteen tila, jota tila vastaa D h = 0, kutsutaan inversiopiste.
___________________________________________________________________

Kaksitahti diesel

Työnkulku sisään kaksitahti diesel periaatteessa etenee samalla tavalla kuin kaksitahtisessa kaasuttimessa, ja eroaa vain siinä, että sylinteri huuhdellaan puhtaalla ilmalla. Sen lopussa sylinterissä oleva ilma puristuu. Puristuksen lopussa polttoaine ruiskutetaan suuttimen kautta polttokammioon ja syttyy palamaan.
Kaksitahtisessa dieselmoottorissa työprosessi etenee seuraavasti.
Ensimmäinen lyönti. Kun mäntä liikkuu ylöspäin kohdasta n. m.t. v. m.t., ensin tyhjennys päättyy ja sitten julkaisun loppu. Ilmaisinkaaviossa tyhjennys näkyy rivillä b "- a" ja ulostulolla - a "- a.
Kun mäntä on sulkenut pakoaukon, ilmaa puristetaan sylinterissä. Puristusviiva indikaattorikaaviossa on esitetty käyrällä a-c. Tällä hetkellä kampikammioon muodostuu männän alle tyhjiö, jonka vaikutuksesta automaattiventtiili avautuu ja kammioon imetään puhdasta ilmaa. Männän alkaessa liikkua alaspäin, johtuen männän alla olevan tilavuuden pienenemisestä, ilmanpaine kampikammiossa kasvaa ja venttiili sulkeutuu.
Toinen lyönti. Mäntä liikkuu m. t. - n. m. t. Polttoaineen ruiskutus ja palaminen alkavat ennen puristuksen loppumista ja päättyvät männän kulkemisen jälkeen. m. t. Palamisen lopussa tapahtuu laajenemista. Laajenemisprosessin kulku indikaattorikaaviossa on esitetty käyrällä r-b.
Loput prosessit, pakokaasu ja tyhjennys etenevät samalla tavalla kuin kaasuttimella varustetussa kaksitahtimoottorissa.

Kysymys 2. Tilaparametrit ja tilayhtälöt.

Osavaltion asetukset- fyysiset suureet, jotka kuvaavat termodynaamisen järjestelmän sisäistä tilaa. Termodynaamisen järjestelmän tilaparametrit on jaettu kahteen luokkaan: intensiivinen (ei riipu järjestelmän massasta) ja laaja (suhteessa massaan).

Termodynaamiset tilan parametrit joita kutsutaan intensiivisiksi parametreiksi, jotka kuvaavat järjestelmän tilaa. Yksinkertaisimmat parametrit:

1. - absoluuttinen paine - numeerisesti yhtä suuri kuin voima F, joka vaikuttaa kehon pinnan pinta-alayksikköön f ┴ viimeiseen, [Pa \u003d N / m 2]

2. - tietty määrä on aineen tilavuus massayksikköä kohti.

3. Lämpötila on termodynaamisen järjestelmän ainoa tilafunktio, joka määrittää kappaleiden välisen spontaanin lämmönsiirron suunnan.
4. Tiheys ainetta kutsutaan kappaleen massan suhteeksi sen tilavuuteen

Yksinkertaisen kappaleen tilaa kuvaavien parametrien välistä yhteyttä kutsutaan tilayhtälöksi F (p, v, t) = 0.

Järjestelmän tilan muutosta kutsutaan prosessi .

tasapainoprosessi on jatkuva sarja järjestelmän tasapainotiloja.

Käännettävä prosessi - tasapainoprosessi, joka mahdollistaa tämän järjestelmän palauttamisen lopullisesta tilasta alkutilaan käänteisellä prosessilla.

termodynaaminen prosessi katsotaan olevan palautuva tasapainoprosessi.

Tasapainoprosessit voidaan kuvata graafisesti tilakaavioissa p-v, p-T jne. Linjaa, joka kuvaa parametrien muutosta prosessissa, kutsutaan prosessikäyrä. Jokainen prosessikäyrän piste luonnehtii järjestelmän tasapainotilaa.
Termodynaaminen prosessiyhtälö – muodon yhtälö .

Tilayhtälö yksinkertaiselle vartalolle - .
Ihanteellinen kaasu- joukko materiaalipisteitä (molekyylejä tai atomeja), jotka ovat kaoottisessa liikkeessä. Näitä pisteitä pidetään ehdottoman joustavina kappaleina, joilla ei ole tilavuutta ja jotka eivät ole vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Ihanteellisen kaasun tilayhtälö on Mendeleev-Clapeyron yhtälö:
PV = nRT, jossa P – paine, [Pa]; V on järjestelmän tilavuus [m 3]; n on aineen määrä, [mol]; T – termodynaaminen lämpötila, [K]; R on yleinen kaasuvakio.
oikeaa kaasua- kaasu, jonka molekyylit ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa ja vievät tietyn tilavuuden. Todellisen kaasun tilayhtälö on yleinen Mendeleev-Clapeyron yhtälö:
, jossa Zr = Zr (p,T) on kaasun kokoonpuristuvuustekijä; m on massa; M on moolimassa.
_____________________________________________________________

Termodynaamisessa tasapainojärjestelmässä tilaparametrien välillä on toiminnallinen suhde, jota kutsutaan yhtälö coseisomassa. Kokemus osoittaa, että yksinkertaisimpien järjestelmien, jotka ovat kaasuja, höyryjä tai nesteitä, ominaistilavuus, lämpötila ja paine liittyvät toisiinsa. termikrofoni yhtälö katso tilat.

Tilayhtälölle voidaan antaa toinen muoto:

Nämä yhtälöt osoittavat, että kolmesta pääparametrista, jotka määrittävät järjestelmän tilan, mitkä tahansa kaksi ovat riippumattomia.

Ongelmien ratkaisemiseksi termodynaamisilla menetelmillä on ehdottomasti tunnettava tilayhtälö. Sitä ei kuitenkaan voida saada termodynamiikan puitteissa, vaan se on löydettävä joko kokeellisesti tai tilastollisen fysiikan menetelmin. Tilayhtälön erityinen muoto riippuu aineen yksittäisistä ominaisuuksista.

Ihanteellisen ha:n tilan yhtälösoittaa puhelimella

Yhtälöt (1.1) ja (1.2) tarkoittavat sitä
.

Ota huomioon 1 kg kaasua. Ottaen huomioon, että se sisältää N molekyylejä ja siksi
, saamme:
.

Vakioarvo Nk, viittaa 1 kg:aan kaasua, merkitty kirjaimella R ja soita kaasua jatkuvastiNoah. Niin

, tai
. (1.3)

Tuloksena oleva relaatio on Clapeyronin yhtälö.

Kerrottuna (1.3):lla M, saamme tilayhtälön mielivaltaiselle kaasumassalle M:

. (1.4)

Clapeyron-yhtälölle voidaan antaa universaali muoto, jos viittaamme kaasuvakioon 1 kmooliin kaasua, eli kaasumäärään, jonka massa kilogrammoina on numeerisesti yhtä suuri kuin molekyylimassa μ. Laittaminen sisään (1.4) M=μ ja V= V μ , saamme yhdelle moolille Clapeyron-Mendeleev yhtälön:

.

Tässä
on kilomoolin tilavuus kaasua, ja
on yleinen kaasuvakio.

Avogadron lain (1811) mukaan 1 kmoolin tilavuus, joka on sama samoissa olosuhteissa kaikille ihanteellisille kaasuille, normaaleissa fysikaalisissa olosuhteissa on 22,4136 m 3, joten

1 kg kaasun kaasuvakio on
.

Todellisen ha:n tilan yhtälösoittaa puhelimella

Oikeissa kaasuissa sisään Erona ideaalista on merkittävät molekyylien välisten vuorovaikutusten voimat (vetovoimat, kun molekyylit ovat huomattavan etäisyyden päässä, ja hylkivät voimat, kun ne ovat riittävän lähellä toisiaan) ja molekyylien sisäistä tilavuutta ei voida jättää huomiotta.

Molekyylien välisten hylkimisvoimien läsnäolo johtaa siihen, että molekyylit voivat lähestyä toisiaan vain tiettyyn vähimmäisetäisyyteen asti. Siksi voimme olettaa, että molekyylien liikkumiselle vapaa tilavuus on yhtä suuri kuin
, missä b on pienin tilavuus, johon kaasu voidaan puristaa. Tämän mukaisesti molekyylien keskimääräinen vapaa polku pienenee ja iskujen määrä seinään aikayksikköä kohti ja sitä kautta paine kasvaa ideaalikaasuun verrattuna suhteessa
, eli

.

Houkuttelevat voimat vaikuttavat samaan suuntaan kuin ulkoinen paine ja aiheuttavat molekyylipaineen (tai sisäisen) paineen. Minkä tahansa kahden pienen kaasun osan molekyylien vetovoima on verrannollinen kussakin näistä osista olevien molekyylien lukumäärän tuloon, eli tiheyden neliöön, joten molekyylipaine on kääntäen verrannollinen kaasun neliöön. kaasun ominaistilavuus: Rhe sanovat= a/ v 2, missä a - suhteellisuuskerroin kaasun laadusta riippuen.

Tästä saadaan van der Waalsin yhtälö (1873):

,

Todellisen kaasun suurilla ominaistilavuuksilla ja suhteellisen alhaisilla paineilla van der Waalsin yhtälö käytännöllisesti katsoen rappeutuu ihanteellisen kaasun Clapeyronin tilayhtälöksi, koska määrä a/v 2

(verrattuna p) ja b (verrattuna v) muuttua mitättömäksi.

Kvalitatiivisesti van der Waalsin yhtälö kuvaa varsin hyvin todellisen kaasun ominaisuuksia, mutta numeeristen laskelmien tulokset eivät aina vastaa kokeellista tietoa. Useissa tapauksissa nämä poikkeamat selittyvät todellisten kaasumolekyylien taipumuksella assosioitua erillisiksi ryhmiksi, jotka koostuvat kahdesta, kolmesta tai useammasta molekyylistä. Assosiaatio johtuu molekyylien ulkoisen sähkökentän epäsymmetriasta. Tuloksena olevat kompleksit käyttäytyvät kuin itsenäiset epästabiilit hiukkaset. Törmäysten aikana ne hajoavat, sitten yhdistyvät uudelleen muiden molekyylien kanssa jne. Lämpötilan noustessa monien molekyylien kompleksien pitoisuus laskee nopeasti ja yksittäisten molekyylien osuus kasvaa. Polaarisilla vesihöyryn molekyyleillä on suurempi taipumus yhdistyä.