Karena persamaan keadaan pV = nRT sederhana dan mencerminkan dengan akurasi yang wajar perilaku banyak gas pada berbagai kondisi lingkungan, ini sangat berguna. Tapi, tentu saja, itu tidak universal. Jelas bahwa tidak ada satu pun zat dalam keadaan cair dan padat yang mematuhi persamaan ini. Tidak ada zat kental seperti itu, yang volumenya akan menjadi setengahnya ketika tekanan digandakan. Bahkan gas di bawah kompresi tinggi atau di dekat titik embunnya menunjukkan penyimpangan yang nyata dari perilaku yang ditunjukkan. Banyak persamaan keadaan lain yang lebih kompleks telah diusulkan. Beberapa di antaranya sangat akurat di area terbatas dengan perubahan kondisi eksternal. Beberapa berlaku untuk kelas khusus zat. Ada persamaan yang berlaku untuk kelas zat yang lebih luas di bawah kondisi lingkungan yang lebih berbeda, tetapi tidak terlalu tepat. Di sini kami tidak akan membuang waktu untuk pertimbangan terperinci tentang persamaan keadaan seperti itu, tetapi kami akan memberikan beberapa gagasan tentangnya.

Mari kita asumsikan bahwa molekul gas adalah bola keras yang sangat elastis, sangat kecil sehingga volume totalnya dapat diabaikan dibandingkan dengan volume yang ditempati oleh gas. Mari kita juga berasumsi bahwa tidak ada gaya tarik menarik atau tolak menolak antara molekul dan bahwa mereka bergerak sepenuhnya secara acak, bertabrakan secara acak satu sama lain dan dengan dinding bejana. Jika kita menerapkan mekanika klasik dasar untuk model gas ini, maka kita akan memperoleh hubungan pV = RT tanpa menggunakan generalisasi data eksperimen seperti hukum Boyle - Mariotte dan Charles - Gay-Luss. Dengan kata lain, gas yang kita sebut "ideal" berperilaku sebagai gas yang terdiri dari bola-bola keras yang sangat kecil yang berinteraksi satu sama lain hanya pada saat tumbukan harus berperilaku. Tekanan yang diberikan oleh gas semacam itu pada permukaan apa pun sama dengan nilai rata-rata momentum yang ditransfer per satuan waktu oleh molekul ke permukaan satuan ketika bertabrakan dengannya. Ketika sebuah molekul bermassa m mengenai permukaan dengan komponen kecepatan tegak lurus permukaan, dan dipantulkan dengan komponen kecepatan, maka momentum yang dihasilkan ditransfer ke permukaan, menurut hukum mekanika, sama dengan Kecepatan ini cukup tinggi (beberapa ratus meter per detik untuk udara dalam kondisi normal), sehingga waktu tumbukan sangat singkat dan perpindahan momentum hampir seketika. Tetapi tumbukan begitu banyak (pada urutan 1023 per 1 cm2 per 1 s di udara pada tekanan atmosfer) sehingga ketika diukur dengan instrumen apa pun, tekanannya benar-benar konstan dalam waktu dan terus menerus.

Memang, sebagian besar pengukuran dan pengamatan langsung menunjukkan bahwa gas adalah media yang kontinu. Kesimpulan bahwa mereka harus terdiri dari sejumlah besar molekul individu adalah murni spekulatif.

Kita tahu dari pengalaman bahwa gas nyata tidak mengikuti aturan perilaku yang diprediksi oleh model ideal yang baru saja dijelaskan. Pada suhu yang cukup rendah dan tekanan yang cukup tinggi, setiap gas mengembun menjadi keadaan cair atau padat, yang, dibandingkan dengan gas, dapat dianggap tidak dapat dimampatkan. Dengan demikian, volume total molekul tidak selalu dapat diabaikan dibandingkan dengan volume wadah. Juga jelas bahwa ada gaya tarik menarik antara molekul, yang pada suhu yang cukup rendah dapat mengikat molekul, yang mengarah pada pembentukan bentuk materi yang terkondensasi. Pertimbangan ini menunjukkan bahwa salah satu cara untuk mendapatkan persamaan keadaan yang lebih umum daripada persamaan keadaan untuk gas ideal adalah dengan memperhitungkan volume terbatas molekul nyata dan gaya tarik-menarik di antara mereka.

Menghitung volume molekul tidaklah sulit, setidaknya pada tingkat kualitatif. Mari kita berasumsi bahwa volume bebas yang tersedia untuk pergerakan molekul kurang dari volume total gas V dengan nilai 6, yang terkait dengan ukuran molekul dan kadang-kadang disebut volume terikat. Jadi kita harus mengganti V dalam persamaan gas ideal dengan (V - b); maka kita mendapatkan

Hubungan ini kadang-kadang disebut persamaan keadaan Clausius, setelah fisikawan Jerman Rudolf Clausius, yang memainkan peran utama dalam pengembangan termodinamika. Kita akan belajar lebih banyak tentang karyanya di bab berikutnya. Perhatikan bahwa persamaan (5) ditulis untuk 1 mol gas. Untuk n mol, Anda perlu menulis p(V-nb) = nRT.

Agak lebih sulit untuk memperhitungkan gaya tarik-menarik antar molekul. Sebuah molekul yang terletak di pusat volume gas, yaitu, jauh dari dinding bejana, akan "melihat" jumlah molekul yang sama ke segala arah. Oleh karena itu, gaya tarik menarik adalah sama ke segala arah dan saling menyeimbangkan, sehingga tidak ada gaya total yang muncul. Ketika sebuah molekul mendekati dinding pembuluh, ia "melihat" lebih banyak molekul di belakangnya daripada di depannya. Akibatnya, ada gaya tarik menarik yang diarahkan ke pusat kapal. Pergerakan molekul agak tertahan, dan menabrak dinding pembuluh kurang kuat dibandingkan jika tidak ada gaya tarik-menarik.

Karena tekanan gas disebabkan oleh transfer momentum oleh molekul yang bertabrakan dengan dinding bejana (atau dengan permukaan lain yang terletak di dalam gas), tekanan yang diciptakan oleh molekul yang menarik sedikit lebih kecil daripada tekanan yang diciptakan oleh gas. molekul yang sama tanpa adanya gaya tarik-menarik. Ternyata penurunan tekanan sebanding dengan kuadrat kerapatan gas. Oleh karena itu kita dapat menulis

di mana p adalah kerapatan dalam mol per satuan volume, adalah tekanan yang diciptakan oleh gas ideal dari molekul yang tidak menarik, dan a adalah koefisien proporsionalitas yang mencirikan besarnya gaya tarik-menarik antara molekul dari jenis tertentu. Ingatlah bahwa , di mana n adalah jumlah mol. Kemudian relasi (b) dapat ditulis ulang untuk 1 mol gas dalam bentuk yang sedikit berbeda:

di mana a memiliki nilai karakteristik untuk jenis gas tertentu. Ruas kanan persamaan (7) adalah tekanan "terkoreksi" dari gas ideal, yang perlu menggantikan p dalam persamaan. Jika kita memperhitungkan kedua koreksi, satu karena volume sesuai dengan (b) dan yang lainnya karena untuk gaya tarik menarik menurut (7), kita dapatkan untuk 1 mol gas

Persamaan ini pertama kali diusulkan oleh fisikawan Belanda D. Van der Waals pada tahun 1873. Untuk n mol, persamaan ini berbentuk

Persamaan van der Waals memperhitungkan dalam bentuk yang sederhana dan jelas dua efek yang menyebabkan penyimpangan dalam perilaku gas nyata dari ideal. Jelas, permukaan yang mewakili persamaan keadaan van der Waals dalam ruang p, V, Tu tidak bisa sesederhana permukaan yang sesuai dengan gas ideal. Bagian dari permukaan seperti itu untuk nilai spesifik a dan b ditunjukkan pada Gambar. 3.7. Isoterm ditampilkan sebagai garis padat. Isoterm yang sesuai dengan suhu di atas suhu yang disebut isoterm kritis tidak memiliki minimum dan infleksi dan terlihat mirip dengan isoterm gas ideal yang ditunjukkan pada Gambar. 3.6. Pada suhu di bawah isoterm, mereka memiliki maxima dan minima. Pada suhu yang cukup rendah, ada daerah di mana tekanan menjadi negatif, seperti yang ditunjukkan oleh bagian isoterm yang digambarkan oleh garis putus-putus. Punuk dan kemiringan ini, serta area tekanan negatif, tidak sesuai dengan efek fisik, tetapi hanya mencerminkan kekurangan persamaan van der Waals, ketidakmampuannya untuk menggambarkan perilaku keseimbangan sejati zat nyata.

Beras. 3.7. Permukaan p - V - T untuk gas yang memenuhi persamaan van der Waals.

Faktanya, dalam gas nyata pada suhu di bawah dan pada tekanan yang cukup tinggi, gaya tarik menarik antar molekul menyebabkan kondensasi gas menjadi cair atau padat. Dengan demikian, daerah anomali puncak dan penurunan isoterm di daerah tekanan negatif, yang diprediksi oleh persamaan van der Waals, dalam zat nyata sesuai dengan daerah fase campuran, di mana uap dan zat cair atau padat hidup berdampingan. . Beras. 3.8 menggambarkan situasi ini. Perilaku "terputus" seperti itu tidak dapat dijelaskan sama sekali dengan persamaan yang relatif sederhana dan "terus-menerus".

Terlepas dari kekurangannya, persamaan van der Waals berguna untuk menggambarkan koreksi terhadap persamaan gas ideal. Nilai a dan b untuk berbagai gas ditentukan dari data eksperimen, beberapa contoh tipikal diberikan pada Tabel. 3.2. Sayangnya, untuk gas tertentu, tidak ada nilai tunggal a dan b yang akan memberikan deskripsi akurat tentang hubungan antara p, V, dan T pada rentang yang luas menggunakan persamaan van der Waals.

Tabel 3.2. Nilai karakteristik dari konstanta van der Waals

Namun, nilai yang diberikan dalam tabel memberi kita beberapa informasi kualitatif tentang jumlah penyimpangan yang diharapkan dari perilaku gas ideal.

Adalah instruktif untuk melihat contoh spesifik dan membandingkan hasil yang diperoleh dengan persamaan gas ideal, persamaan Clausius, dan persamaan van der Waals dengan data terukur. Pertimbangkan 1 mol uap air dalam volume 1384 cm3 pada suhu 500 K. Mengingat itu (mol K) dan menggunakan nilai-nilai dari Tabel. 3.2, kita dapatkan

a) dari persamaan keadaan gas ideal:

b) dari persamaan keadaan Clausius: atm;

c) dari persamaan keadaan van der Waals:

d) dari data eksperimen:

Untuk kondisi khusus ini, hukum gas ideal memberikan nilai tekanan yang terlalu tinggi sekitar 14%, persamaan

Beras. 3.8. Permukaan suatu zat yang berkontraksi ketika didinginkan. Permukaan seperti ini tidak dapat dijelaskan dengan persamaan keadaan tunggal dan harus dibangun berdasarkan data eksperimen.

Clausius memberikan kesalahan yang lebih besar, sekitar 16%, dan persamaan van der Waals melebih-lebihkan tekanan sekitar 5%. Menariknya, persamaan Clausius memberikan kesalahan yang lebih besar daripada persamaan gas ideal. Alasannya adalah bahwa koreksi untuk volume terbatas molekul meningkatkan tekanan, sedangkan istilah untuk daya tarik menguranginya. Dengan demikian, koreksi ini sebagian saling mengimbangi. Hukum gas ideal, di mana tidak ada satu atau koreksi lainnya yang diperhitungkan, memberikan nilai tekanan yang lebih dekat dengan nilai sebenarnya daripada persamaan Clausius, yang hanya memperhitungkan kenaikannya karena penurunan volume bebas. Pada densitas yang sangat tinggi, koreksi volume molekul menjadi jauh lebih signifikan dan persamaan Clausius ternyata lebih akurat daripada persamaan gas ideal.

Secara umum, untuk zat nyata kita tidak mengetahui hubungan eksplisit antara p, V, T, dan n. Untuk sebagian besar zat padat dan zat cair, bahkan tidak ada perkiraan kasar. Namun demikian, kami sangat yakin bahwa rasio seperti itu ada untuk setiap zat dan bahwa zat itu mematuhinya.

Sepotong aluminium akan menempati volume tertentu, selalu persis sama, jika suhu dan tekanan berada pada nilai yang diberikan. Kami menulis pernyataan umum ini dalam bentuk matematika:

Entri ini menegaskan adanya beberapa hubungan fungsional antara p, V, T dan n, yang dapat dinyatakan dengan persamaan. (Jika semua suku-suku persamaan tersebut dipindahkan ke kiri, ruas kanan jelas akan sama dengan nol.) Ekspresi seperti itu disebut persamaan keadaan implisit. Ini berarti adanya beberapa hubungan antara variabel. Ia juga mengatakan bahwa kita tidak tahu apa rasio ini, tetapi substansi "mengetahuinya"! Beras. 3.8 memungkinkan kita untuk membayangkan betapa kompleksnya suatu persamaan yang akan menggambarkan materi nyata dalam berbagai variabel. Gambar ini menunjukkan permukaan zat nyata yang menyusut ketika membeku (ini adalah bagaimana hampir semua zat berperilaku, kecuali air). Kami tidak cukup mahir untuk memprediksi, dengan perhitungan, berapa banyak volume yang akan diambil suatu zat mengingat nilai p, T, dan n yang diberikan secara sewenang-wenang, tetapi kami benar-benar yakin bahwa zat itu "tahu" berapa banyak volume yang dibutuhkan ke atas. Keyakinan ini selalu dikonfirmasi oleh verifikasi eksperimental. Suatu zat selalu berperilaku dengan cara yang unik.

PERSAMAAN NEGARA - persamaan yang menghubungkan tekanan R, volume V dan perut temp-ru T sistem homogen secara fisik dalam keadaan kesetimbangan termodinamika: f(p, V, T) = 0. Persamaan ini disebut. U. s. termal, berbeda dengan U. s. kalori, yang menentukan internal. energi kamu sistem sebagai f-tion ke-l. dua dari tiga parameter p, v, t. W. s. memungkinkan Anda untuk mengekspresikan tekanan dalam hal volume dan suhu, p=p(V, T), dan tentukan kerja dasar untuk ekspansi sistem yang sangat kecil . W. s. adalah tambahan yang diperlukan untuk termodinamika. hukum yang memungkinkan untuk menerapkannya pada zat nyata. Itu tidak dapat diturunkan dengan menggunakan hukum saja, tetapi ditentukan dari pengalaman atau dihitung secara teoritis atas dasar gagasan tentang struktur materi dengan metode statistik. fisika. Dari hukum pertama termodinamika hanya mengikuti keberadaan kalori. A.S., dan dari hukum kedua termodinamika- hubungan antara kalori dan termal U. dengan .:

di mana sebuah dan b- konstanta tergantung pada sifat gas dan dengan mempertimbangkan pengaruh gaya tarik antarmolekul dan keterbatasan volume molekul; viral U. s. untuk gas non-ideal:

di mana B (T), C (T), ...- Koefisien virial ke-2, ke-3, dst, bergantung pada gaya interaksi antarmolekul. Viral U. s. memungkinkan untuk menjelaskan banyak eksperimental hasil berdasarkan model sederhana interaksi antarmolekul dalam gas. Juga ditawarkan adalah perbedaan. empiris Di halaman, berdasarkan eksperim. data tentang kapasitas panas dan kompresibilitas gas. W. s. gas non-ideal menunjukkan adanya kritis. poin (dengan parameter p ke, V K , T j), di mana fase gas dan cair menjadi identik. Jika U. s. direpresentasikan dalam bentuk AS tereduksi, yaitu, dalam variabel tak berdimensi r / r k, V/V K , T/T ke, maka pada temp-pax yang tidak terlalu rendah persamaan ini sedikit berubah untuk dekompilasi. zat (hukum negara yang sesuai),

Untuk cairan, karena sulitnya memperhitungkan semua fitur interaksi antarmolekul, belum mungkin untuk mendapatkan koefisien ultrasonik teoritis umum. Persamaan van der Waals dan modifikasinya, meskipun digunakan untuk kualitas, menilai perilaku cairan, tetapi pada dasarnya tidak berlaku di bawah kritis. titik di mana koeksistensi fase cair dan gas dimungkinkan. Kepadatan ultrasonik, yang menggambarkan dengan baik sifat-sifat sejumlah cairan sederhana, dapat diperoleh dari teori perkiraan cairan. Mengetahui distribusi probabilitas dari susunan molekul yang saling menguntungkan (fungsi korelasi pasangan; lihat. Cairan), pada prinsipnya dimungkinkan untuk menghitung W. s. cairan, tetapi masalah ini rumit dan belum sepenuhnya terpecahkan bahkan dengan bantuan komputer.

Untuk menerima halaman U. padatan menggunakan teori getaran kisi kristal, tetapi universal U. s. untuk padatan tidak diterima.

Untuk (gas foton) W. dengan. bertekad

Dengan massa yang konstan, parameter sistem p, V, t dapat berubah karena pengaruh eksternal (mekanik dan termal). Jika sistem homogen dalam sifat fisiknya dan tidak ada reaksi kimia yang terjadi di dalamnya, maka, seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, ketika salah satu parameternya berubah, dalam kasus umum, perubahan juga terjadi pada yang lain. Jadi, berdasarkan eksperimen, dapat dikatakan bahwa parameter sistem homogen (pada massa konstan) harus terkait secara fungsional:

Persamaan (3.1) disebut persamaan termal keadaan sistem atau hanya persamaan keadaan. Menemukan persamaan ini dalam bentuk eksplisit adalah salah satu masalah utama fisika molekuler. Pada saat yang sama, secara termodinamika, menggunakan hukum umum, tidak mungkin untuk menemukan bentuk persamaan ini. Hanya mungkin, dengan mempelajari karakteristik individu dari sistem tertentu, untuk memilih ketergantungan (3.1) yang akan memiliki arti ketergantungan empiris yang kira-kira menggambarkan perilaku sistem dalam rentang perubahan suhu dan tekanan yang terbatas. Dalam molekul

Fisika telah mengembangkan metode umum untuk memperoleh persamaan (3.1) atas dasar memperhitungkan interaksi antarmolekul, tetapi pada jalur ini, ketika mempertimbangkan sistem tertentu, kesulitan matematika yang besar ditemui. Metode kinetika molekuler telah digunakan untuk mendapatkan persamaan keadaan untuk gas yang dimurnikan (ideal), di mana interaksi antarmolekul sangat kecil. Fisika molekuler juga memungkinkan untuk menggambarkan dengan cukup baik sifat-sifat gas yang tidak terkompresi terlalu kuat. Tetapi pertanyaan tentang derivasi teoretis persamaan keadaan untuk gas dan cairan padat, terlepas dari upaya banyak ilmuwan, tetap belum terpecahkan saat ini.

Perubahan keadaan sistem yang terkait dengan perubahan parameternya disebut proses termodinamika. Menurut (3.1), keadaan benda dapat ditampilkan oleh sebuah titik dalam sistem koordinat. Gambar 1.3, menunjukkan dua keadaan sistem dengan titik. Transisi dari keadaan 1 ke keadaan 2 dilakukan sebagai akibat dari proses termodinamika sebagai urutan sejumlah keadaan antara yang berurutan.

Dimungkinkan untuk membayangkan transisi seperti itu dari keadaan awal ke keadaan akhir 2, di mana setiap keadaan antara akan berada dalam keseimbangan. Proses seperti itu disebut kesetimbangan dan dalam sistem koordinat digambarkan oleh garis kontinu (Gbr. 1.3, b). Dalam sistem skala laboratorium, proses kesetimbangan berlangsung sangat lambat, hanya dengan proses seperti itu, tekanan dan suhu dalam objek yang berubah dapat dianggap sama di mana-mana pada setiap saat. Menggunakan model yang ditunjukkan pada Gambar 1.1, proses serupa dapat dilakukan baik dengan menghilangkan atau menambahkan pelet individu, dan dengan perubahan yang sangat lambat pada suhu termostat, di mana ada silinder dengan dinding penghantar panas.

Jika perubahan terjadi dalam sistem cukup cepat (dalam model yang ditunjukkan pada Gambar 1.1, beban piston berubah dengan jumlah yang terbatas dalam lompatan), maka di dalam tekanan dan suhunya tidak sama pada titik yang berbeda, yaitu fungsi dari koordinat. Proses seperti itu disebut non-ekuilibrium, mereka

Opsi Negara .

1. - tekanan mutlak

2. - volume tertentu

3. Suhu
4. Kepadatan

F (p, v, t) = 0.

proses .

proses keseimbangan

Proses reversibel -

proses termodinamika

p-v, p-T kurva proses
– persamaan bentuk .

persamaan keadaan untuk tubuh sederhana - .
gas ideal
PV=nRT
gas nyata

Pertanyaan 3. Kerja termodinamika, koordinat P-V.

Kerja termodinamika: , di mana adalah gaya umum, adalah koordinat.
Pekerjaan tertentu: , , dimana massa

Jika sebuah dan , maka terjadi proses pemuaian, usaha positif.
- Jika sebuah dan , maka proses kompresi adalah negatif.
- Dengan sedikit perubahan volume, tekanan praktis tidak berubah.

Kerja termodinamika penuh: .

1. Dalam kasus , kemudian .

, maka pekerjaan dibagi menjadi dua bagian: , di mana - kerja efektif, - kerugian permanen, sedangkan - panas perpindahan panas internal, yaitu, kerugian ireversibel diubah menjadi panas.

________________________________________________________________

Soal 4. Usaha potensial, koordinat P-V, distribusi kerja.

Pekerjaan Potensial adalah usaha yang disebabkan oleh perubahan tekanan.


- Jika sebuah dan
- Jika sebuah dan , maka proses kompresi sedang berlangsung.
- Dengan sedikit perubahan tekanan, volume hampir tidak berubah.

Kerja potensial total dapat ditemukan dengan rumus: .

1. Dalam kasus , kemudian .

2. Jika persamaan proses diberikan - , kemudian .

Dimana kerja
ditransfer ke sistem eksternal.

, dengan E adalah kecepatan benda, dz adalah perubahan ketinggian pusat gravitasi benda dalam medan gravitasi.
________________________________________________________

Pertanyaan 16. Proses isobarik untuk mengubah keadaan benda sederhana. Persamaan proses, representasi P-V, hubungan antara parameter, kerja dan perpindahan panas, perubahan fungsi keadaan.

Jika sebuah , maka proses perluasan sedang berlangsung.

proses isobarik.

Sebagai , kemudian .

Untuk gas ideal:

Hukum pertama termodinamika: .

Untuk gas ideal: dan

Pertanyaan 63. Pelambatan. Efek Joule-Thomson. Konsep dasar

Pelambatan- proses pergerakan materi melalui penyempitan mendadak. Alasan terjadinya resistensi lokal selama pergerakan aliran fluida kerja melalui saluran dapat berupa alat pengunci, pengatur dan pengukur; belokan, penyempitan, polusi saluran, dll.
Efek Joule-Thomson- perubahan suhu zat selama pelambatan adiabatik.

Beras. 1.7. Proses pelambatan dalam diagram h-s

Membedakan diferensial dan tersedak integral - efek. Nilai choke diferensial – memengaruhi ditentukan dari relasi

, di mana – Koefisien Joule-Thomson, [K/Pa].

Efek tersedak integral: .
Koefisien Joule-Thomson diturunkan dari ekspresi matematika dari hukum pertama termodinamika dan hukum kedua termostatika

1. Jika efek throttle positif ( D jam > 0), maka suhu fluida kerja menurun ( dT<0 );

2. Jika efek choke negatif ( D h< 0 ), maka suhu fluida kerja naik ( dT>0);

3. Jika efek choke nol ( D jam = 0), maka suhu fluida kerja tidak berubah. Keadaan gas atau cairan yang sesuai dengan kondisinya D jam = 0, disebut titik inversi.
___________________________________________________________________

diesel dua tak

Alur kerja di diesel dua langkah pada dasarnya bekerja dengan cara yang sama seperti pada mesin karburator dua langkah, dan hanya berbeda pada silinder yang dibersihkan dengan udara bersih. Pada akhirnya, udara yang tersisa di dalam silinder dikompresi. Pada akhir kompresi, bahan bakar disuntikkan melalui nozzle ke ruang bakar dan menyala.
Proses kerja pada mesin diesel dua langkah berlangsung sebagai berikut.
Pukulan pertama. Ketika piston bergerak ke atas dari n. m.t. sampai v. m.t., pertama, pembersihan berakhir, dan kemudian akhir pelepasan. Pada diagram indikator, pembersihan ditunjukkan oleh garis b "- a" dan outlet - a "- a.
Setelah lubang pembuangan ditutup oleh piston, udara dikompresi di dalam silinder. Garis kompresi pada diagram indikator ditunjukkan oleh kurva a-c. Pada saat ini, ruang hampa udara dibuat di bawah piston di ruang engkol, di bawah aksi yang membuka katup otomatis, dan udara bersih dihisap ke dalam ruang engkol. Saat piston mulai bergerak ke bawah, karena penurunan volume di bawah piston, tekanan udara di ruang engkol meningkat dan katup menutup.
Pukulan kedua. Piston bergerak dari m.t. sampai n. m.t. Injeksi bahan bakar dan pembakaran dimulai sebelum akhir kompresi dan berakhir setelah piston melewatinya. m.t. Pada akhir pembakaran, terjadi pemuaian. Alur proses pemuaian pada diagram indikator ditunjukkan oleh kurva r-b.
Proses yang tersisa, pembuangan dan pembersihan berlangsung dengan cara yang sama seperti pada mesin dua langkah karburator.

Pertanyaan 2. Nyatakan parameter dan persamaan keadaan.

Opsi Negara- kuantitas fisik yang mencirikan keadaan internal sistem termodinamika. Parameter keadaan sistem termodinamika dibagi menjadi dua kelas: intensif (tidak bergantung pada massa sistem) dan ekstensif (sebanding dengan massa).

Parameter keadaan termodinamika disebut parameter intensif yang mencirikan keadaan sistem. Parameter paling sederhana:

1. - tekanan mutlak - secara numerik sama dengan gaya F yang bekerja per satuan luas f permukaan benda hingga yang terakhir, [Pa \u003d N / m 2]

2. - volume tertentu adalah volume per satuan massa suatu zat.

3. Suhu adalah satu-satunya fungsi keadaan sistem termodinamika yang menentukan arah perpindahan panas spontan antar benda.
4. Kepadatan zat disebut perbandingan massa suatu benda dengan volumenya

Hubungan antara parameter yang mencirikan keadaan benda sederhana disebut persamaan keadaan F (p, v, t) = 0.

Perubahan keadaan sistem disebut proses .

proses keseimbangan adalah barisan kontinu dari keadaan setimbang sistem.

Proses reversibel - proses kesetimbangan yang memungkinkan kembalinya sistem ini dari keadaan akhir ke keadaan awal dengan proses sebaliknya.

proses termodinamika dianggap sebagai proses kesetimbangan reversibel.

Proses kesetimbangan dapat digambarkan secara grafis pada diagram keadaan p-v, p-T dll. Garis yang menggambarkan perubahan parameter dalam proses disebut kurva proses. Setiap titik dari kurva proses mencirikan keadaan kesetimbangan sistem.
Persamaan proses termodinamika – persamaan bentuk .

persamaan keadaan untuk tubuh sederhana - .
gas ideal- satu set materi poin (molekul atau atom) yang berada dalam gerakan kacau. Titik-titik ini dianggap sebagai benda yang benar-benar elastis, tidak memiliki volume dan tidak berinteraksi satu sama lain. Persamaan keadaan untuk gas ideal adalah persamaan Mendeleev-Clapeyron:
PV=nRT, di mana P – tekanan, [Pa]; V adalah volume sistem [m 3]; n adalah jumlah zat, [mol]; T – suhu termodinamika, [K]; R adalah konstanta gas universal.
gas nyata- gas yang molekul-molekulnya saling berinteraksi dan menempati volume tertentu. Persamaan keadaan gas nyata adalah persamaan Mendeleev-Clapeyron yang digeneralisasikan:
, di mana Z r = Z r (p,T) adalah faktor kompresibilitas gas; m adalah massa; M adalah massa molar.
_____________________________________________________________

Untuk sistem termodinamika kesetimbangan, ada hubungan fungsional antara parameter keadaan, yang disebut persamaan bersamakedudukan. Pengalaman menunjukkan bahwa volume, suhu, dan tekanan spesifik dari sistem yang paling sederhana, yaitu gas, uap, atau cairan, saling terkait termikrofon persamaan melihat negara.

Persamaan keadaan dapat diberikan bentuk lain:

Persamaan-persamaan ini menunjukkan bahwa dari tiga parameter utama yang menentukan keadaan sistem, ada dua yang saling bebas.

Untuk menyelesaikan masalah dengan metode termodinamika, mutlak diperlukan untuk mengetahui persamaan keadaan. Namun, itu tidak dapat diperoleh dalam kerangka termodinamika dan harus ditemukan baik secara eksperimental atau dengan metode fisika statistik. Bentuk spesifik dari persamaan keadaan tergantung pada sifat-sifat individu zat tersebut.

Persamaan keadaan ideal hapanggilan

Persamaan (1.1) dan (1.2) menyiratkan bahwa
.

Pertimbangkan 1 kg gas. Mengingat mengandung N molekul dan karenanya
, kita mendapatkan:
.

Nilai konstan Nk, mengacu pada 1 kg gas, dilambangkan dengan huruf R dan telepon gas selaluNuh. Jadi

, atau
. (1.3)

Hubungan yang dihasilkan adalah persamaan Clapeyron.

Mengalikan (1.3) dengan M, kita memperoleh persamaan keadaan untuk massa gas yang berubah-ubah M:

. (1.4)

Persamaan Clapeyron dapat diberikan bentuk universal jika kita merujuk konstanta gas ke 1 kmole gas, yaitu jumlah gas yang massanya dalam kilogram secara numerik sama dengan massa molekul . Memasukkan (1.4) M = dan V= V μ , kita peroleh untuk satu mol persamaan Clapeyron - Mendeleev:

.

Di Sini
adalah volume satu kilomol gas, dan
adalah konstanta gas universal.

Sesuai dengan hukum Avogadro (1811), volume 1 kmole, yang sama pada kondisi yang sama untuk semua gas ideal, pada kondisi fisis normal adalah 22,4136 m 3, oleh karena itu

Konstanta gas 1 kg gas adalah
.

Persamaan keadaan real hapanggilan

Dalam gas nyata di perbedaan dari ideal adalah gaya yang signifikan dari interaksi antarmolekul (gaya tarik ketika molekul berada pada jarak yang cukup jauh, dan gaya tolak ketika mereka cukup dekat satu sama lain) dan volume intrinsik molekul tidak dapat diabaikan.

Kehadiran gaya tolak antarmolekul mengarah pada fakta bahwa molekul dapat mendekati satu sama lain hanya sampai jarak minimum tertentu. Oleh karena itu, kita dapat mengasumsikan bahwa volume bebas untuk pergerakan molekul akan sama dengan
, di mana b adalah volume terkecil dimana gas dapat dimampatkan. Sesuai dengan ini, jalur bebas molekul berkurang dan jumlah tumbukan pada dinding per satuan waktu, dan karenanya tekanan meningkat dibandingkan dengan gas ideal dalam kaitannya dengan
, yaitu

.

Gaya tarik menarik bekerja dalam arah yang sama dengan tekanan eksternal dan menimbulkan tekanan molekul (atau internal). Gaya tarik-menarik molekul dari dua bagian kecil gas sebanding dengan hasil kali jumlah molekul di setiap bagian ini, yaitu kuadrat kerapatan, sehingga tekanan molekul berbanding terbalik dengan kuadrat volume spesifik gas: Rmereka bilang= a/ v 2 , dimana sebuah - koefisien proporsionalitas, tergantung pada sifat gas.

Dari sini kita peroleh persamaan van der Waals (1873):

,

Pada volume spesifik yang besar dan tekanan yang relatif rendah dari gas nyata, persamaan van der Waals praktis diturunkan menjadi persamaan keadaan gas ideal Clapeyron, karena kuantitas sebuah/v 2

(dibandingkan dengan p) dan b (dibandingkan dengan v) menjadi diabaikan.

Secara kualitatif, persamaan van der Waals menggambarkan sifat-sifat gas nyata dengan cukup baik, tetapi hasil perhitungan numerik tidak selalu sesuai dengan data eksperimen. Dalam sejumlah kasus, penyimpangan ini dijelaskan oleh kecenderungan molekul gas nyata untuk bergabung menjadi kelompok terpisah yang terdiri dari dua, tiga, atau lebih molekul. Asosiasi terjadi karena asimetri medan listrik eksternal molekul. Kompleks yang dihasilkan berperilaku seperti partikel independen yang tidak stabil. Selama tumbukan, mereka pecah, kemudian bergabung kembali dengan molekul lain, dan seterusnya.Seiring dengan kenaikan suhu, konsentrasi kompleks dengan sejumlah besar molekul menurun dengan cepat, dan proporsi molekul tunggal meningkat. Molekul uap air polar menunjukkan kecenderungan yang lebih besar untuk berasosiasi.