Изобарный процесс: формулы, графики, уравнения

Какой процесс называется изобарным

Изначально данный процесс в физике был исследован ученый французского происхождения Жозеф-Луи Гей-Люссак. В честь этого ученого был назван физический закон, описывающий все изотермические процессы.

Посмотрим, как работает данный физический закон — изначально необходимо прописать базовое выражение для этого закона: \(\[P\times{V}=v\times{R}\times{T}\]\). Далее необходимо прописать те величины, которые остаются неизменными: v=const, P=const. В таком случае получается следующее соотношение: \(\[\frac{V_{1}}{T_{1}}=\frac{V_{2}}{T_{2}}\]=…\)Причем это соотношение будет верно для всех газовых состояний. Получается, что \(\[\frac{V}{T}=const\]\). Это и есть теорема Гей-Люссака.

Количество теплоты, которое выделяется при изобарном процессе, значительно превышает количество теплоты, которое выделяется при изохорном процессе, причем при условии неизменности объема. В настоящих газовых веществах некоторая доля теплоты тратится на преобразование усредненного количества энергии кооперации газовых частиц. Система в изобарном типе процесса при учете числа теплоты производит работу, то есть не происходит только нагрев. Количество работы, которое производится идеальным типом газового вещества при изобарном процессе эквивалентно pdV. В данном выражении p является показателем давления, dV является показателем перемены объемов.

Условия протекания изобарного процесса

Для того, чтобы производить изобарный процесс, необходимо к месту эксперимента подключать теплоту или же отключать подачу тепла. Теплота используется для того, чтобы совершить работу преобразования и расширения энергии внутри системы.

Кто открыл

Как уже было сказано выше, открыл данный закон Жозеф Луи Гей-Люссак. Это ученый в области физики и химии французского происхождения, он также являлся представителем Французской Академии наук в начале 19 века.

Вот так он выглядел:

Источник: ru.wikipedia.org

С 30-х годов 19 века преподавал химические науки в Парижском ботаническом саду. Также в это время он занимался депутатскими делами — продвигал и поддерживал науку во Франции. Более сорока лет занимался редакторской работой вместе с другим французским ученым Франсуа Араго в журнале о науке «Анализы химии и физики». Активно занимался вопросами науки в государстве — работал на высоких должностях, поддерживал научных работников Франции того времени. Был также одним из немногих почетных представителей из иностранного государства в рядах Петербургской научной академии. Жозеф Луи Гей-Люссак по праву считается одним из самых значимых ученых во всей французской истории. Имя этого человека занесено в перечень самых великих ученых во Франции.

Свои эксперименты в области веществ в газовом состоянии он начал в начале 19 века. Он наблюдал за поведением газов в различных условиях: как они ведут себя в разных температурных режимах, как изменяются их состояния, как формируется пар.

Так выглядел Джон Дальтон:

Источник: timenote.info

В начале 19 века Жозеф Луи Гей-Люссак совершил более точные измерения своего исследования, в результате он получил показатель в 0,375. Именно этот показатель многие годы применяли к своим вычислениями именитые физики в Европе. Согласно современным показателям, данное значение эквивалентно температурному режиму, который характерен для полного нуля, то есть -266,7 градусов по Цельсию.

То есть в науке предпочитают использовать мнение о том, что газы могут меняться по одному параметру по-разному. 

Формулы, графики, уравнение

Представим несколько графиков изобарного процесса. График для изобарного процесса обычно в физике носит название «изобара». Посмотрите на график ниже: на VT находится графическое изображение изобара \(\[V=const\times{T}\]\), представляет собой прямую на графике.  

Посмотрите на диаграмму зависимости: 

Источник: ege-study.ru

Обратите внимание, что пунктир на графическом представлении является отображением того, что, если применять то же самое для настоящего газового вещества в условиях очень низких температурных режимов прототип идеального газа, на котором основана теория Гей-Люссака, не будет верен. Получается, что в случае понижения температурного режима газовые частицы начинают совершать меньше движения, тогда силы взаимовлияния между молекулами начинают сильнее воздействовать на процессы передвижения. К примеру, всем понятно, что мяч, который летит медленно, поймать гораздо легче, чем мяч, который летит быстро. Получается, что при критически низких температурных режимах газовые вещества становятся жидкими веществами.

Что будет, если поменять давление? В результате подобного эксперимента получится, что изобара будет стремиться становиться ниже по мере увеличения показателей давления. Для того, чтобы понять, как это работает, необходимо исследовать два типа изобар, у которых различные показатели давления, то есть давление\(\[p_{1}\]\) и \(\[p_{2}\]\).

Источник: ege-study.ru

Предположим, что температурные показатели не изменяются. Получится, что \(\[V_{2}<V_{1}\]\). Однако согласно физическому закону Бойля-Мариотта получится, что в случае постоянства температурного режима объем будет уменьшаться по мере увеличения давления. Получается, что \(\[p_{2}>p_{1}\]\).

В данной системе изобара представляет собой прямую, которая перпендикулярна оси p:

Источник: ege-study.ru

Количество теплоты при изобарном процессе

Существует несколько вариаций выделения теплоты в изобарном процессе. Если наблюдается изобарное расширение, тогда получится, что Q>0, потому что теплота воспринимается газовым веществом, а газовое вещество производит работу с положительным знаком. В случае изобарного сжатия получится, что Q<0, потому что теплота передается объектам извне. Температурный режим газового вещества в таком случае становится меньше, то есть\(\[T_{2}<T_{1}\]\) . Энергия изнутри уменьшается, тогда U<0.

Примеры

Также примером изобарного процесса может служить увеличение объемов газового вещества внутри цилиндра, у которого вольно ходящий поршень. В двух примерах, которые были нами приведены, наблюдается эквивалентность показателей давления показателям давления атмосферного.

В том случае, когда изобарный процесс протекает слишком долго, показатели давления в подобной системе можно принять за неизменяемые, эквивалентные внешним показателям давления; температурный режим изменяется также слишком долго, во всех временных промежутках остается справедливым термодинамическое равновесие, тогда можно говорить об обратимости изобарного процесса.изобарный процесс