Dàimh eadar Teòthachd agus Brùthadh Gas
Pendahuuan
’S e bun-bheachdan teòthachd agus cuideam dà bhun-bheachd fiosaigeach bunaiteach a thathas a’ cleachdadh gu tric ann an sgrùdadh teirmodynamics agus meacanaig lionntan. Tha an dàimh eadar teòthachd agus cuideam gas na thaobh deatamach ri thuigsinn ann an diofar raointean saidheans agus teicneòlais, a’ gabhail a-steach innleadaireachd cheimigeach, meatar-eòlas, agus fiosaig. Mìnichidh an t-artaigil seo bun-bheachdan teòthachd agus cuideam agus nì e sgrùdadh nas doimhne air mar a bhios iad ag eadar-obrachadh ann an co-theacsa gasaichean air leth agus fìor.
Mìneachadh Bunasach
Suhu
Is e teòthachd meud fiosaigeach a thomhaiseas ìre teas no fuachd nì no siostam. Gu microscopach, tha teòthachd co-cheangailte ri lùth cineatach cuibheasach nam mìrean a tha a’ dèanamh suas an nì no an siostam. Bidh teòthachd nas àirde aig siostam le lùth cineatach cuibheasach nas àirde de mhìrean. Tha teòthachd air a thomhas air diofar sgèilean, leithid Celsius (°C), Fahrenheit (°F), agus Kelvin (K), leis an sgèile Kelvin mar an sgèile teòthachd iomlan as trice a thathas a’ cleachdadh ann an sgrùdaidhean saidheansail.
Brùthadh
Is e cuideam an fheachd a chuireas lionn (gas no leaghan) an gnìomh gach aonad uachdar. Ann an co-theacsa ghasan, bidh cuideam mar thoradh air bualadh mìrean gas le ballachan an t-soithich aca. Am measg nan aonadan cuideam a thathas a’ cleachdadh gu cumanta tha am Pascal (Pa), an àile (atm), agus millimeatairean mearcair (mmHg). Ann an co-theacsa ghasan air leth, thathas gu tric a’ tomhas cuideam ann an kilopascals (kPa) no bàraichean.
Lagh Gas Ideal
Gus tuigse fhaighinn air a’ cheangal eadar teòthachd agus cuideam ann an gas, tha e cudromach tuigse fhaighinn air lagh a’ ghas air leth, anns a bheilear a’ gabhail ris gu bheil mìrean ann an gas nach eil ag eadar-obrachadh le chèile ach tro bhuaidhean gu tur elastagach. Tha lagh a’ ghas air leth air a chruthachadh leis a’ cho-aontar:
\[PV = nRT \]
Càite:
– \(P \) 's e cuideam a' ghasa,
– \(V \) 's e meud a' ghasa,
– ’S e \(n \) an àireamh mhòlan de ghas,
– ’S e \(R \) an cunbhalachd gas air leth (8.314 J/(mol·K)),
– Is e \(T \) an teòthachd iomlan (ann an Kelvin).
Tha an co-aontar seo a’ sealltainn, fo chumhachan air leth freagarrach, gu bheil cuideam gas dìreach co-rèireach ris an teòthachd iomlan aige, fhad ‘s a fuiricheas meud agus àireamh mhòlan a’ ghasa seasmhach.
Pròiseas teirmeadainimigeach
Isochoric (Meud Seasmhach)
Ann am pròiseas isochoric, bidh meud a’ ghasa seasmhach. A rèir lagh a’ ghasa air leth, tha an dàimh eadar cuideam agus teòthachd sa phròiseas seo air a thoirt seachad le:
[ \frac{P_1}{T_1} = \frac{P_2}{T_2} \]
Far a bheil \(P_1 \) agus \(P_2 \) nan cuideaman tùsail agus deireannach, agus \(T_1 \) agus \(T_2 \) nan teòthachdan tùsail agus deireannach. Tha an co-aontar seo a’ sealltainn gun àrdaich cuideam gas ma dh’àrdaicheas teòthachd a’ ghasa, ann an co-rèir ris an àrdachadh ann an teòthachd.
Isobaric (Bruthadh Cunbhalach)
Ann am pròiseas isobaric, bidh cuideam a’ ghasa seasmhach. Tha an dàimh eadar meud agus teòthachd air a thoirt seachad le:
[ \frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2} \]
Far a bheil \(V_1 \) agus \(V_2 \) nan tomhas-lìonaidh tùsail agus deireannach den ghas. Ma dh’èireas teòthachd a’ ghas, bidh tomhas-lìonaidh a’ ghas ag àrdachadh cuideachd gus cuideam seasmhach a chumail suas.
Isothermal (Teòthachd Sheasmhach)
Ann am pròiseas isothermal, bidh teòthachd a’ ghasa seasmhach. Tha an dàimh eadar cuideam agus meud gas air a thoirt seachad le:
\[ P_1V_1 = P_2V_2 \]
Ma dh’àrdaicheas meud a’ ghasa, lùghdaichidh cuideam a’ ghasa gus an teòthachd a chumail seasmhach.
Adiabatach
Ann am pròiseas adiabatic, chan eil iomlaid teas ann leis an àrainneachd mun cuairt. Tha an dàimh eadar cuideam agus meud gas ann am pròiseas adiabatic nas iom-fhillte agus tha e air a thoirt seachad le:
PV^gamma = teacs{constant}
Far a bheil γ a’ riochdachadh co-mheas comas teas (Cp/Cv).
Buaidh Fìor Ghas
Ged a tha lagh a’ ghàis air leth a’ toirt seachad deagh bhunait airson tuigse fhaighinn air a’ cheangal eadar teòthachd agus cuideam ann an gas, tha an fhìrinn gu tric nas iom-fhillte. Chan eil fìor ghasan an-còmhnaidh a’ leantainn lagh a’ ghàis air leth gu foirfe air sgàth eadar-obrachaidhean eadar mìrean gas agus meud nam mìrean gas fhèin. Mar sin, airson fìor ghasan, thathas a’ cleachdadh co-aontaran nas iom-fhillte leithid co-aontar Van der Waals:
[(P + \frac{a}{V^2}\deas)(V – b) = nRT]
Far a bheil \(a \) agus \(b \) nan cunbhalachdan eadar-dhealaichte airson gach gas a shocraicheas na h-eadar-obrachaidhean eadar mìrean agus meud nam mìrean fhèin.
Cleachdaidhean Practaigeach
Inneal Losgaidh a-staigh
Tha an dàimh eadar teòthachd agus cuideam gas deatamach ann an dealbhadh agus obrachadh einnseanan losgaidh a-staigh. Bidh na h-einnseanan seo ag obair air prionnsapal leudachadh agus teannachadh gas taobh a-staigh siolandair. Tha prionnsapal bunaiteach cearcall Otto, a thathas a’ cleachdadh anns a’ mhòr-chuid de einnseanan gasoline, air a dhèanamh suas de cheithir stròcan: in-ghabhail, teannachadh, losgadh, agus sgaoileadh. Is ann an seo a tha teirmodynamics, gu sònraichte pròiseasan adiabatic agus isochoric, gu sònraichte buntainneach.
Meatar-eòlas
Ann an aimsir-eòlas, tha an dàimh eadar teòthachd agus cuideam adhair deatamach airson tuigse fhaighinn air agus ro-innse suidheachaidhean sìde. Bidh sgìrean le cuideam adhair àrd gu tric co-cheangailte ri sìde nas soilleire agus nas seasmhaiche, agus bidh sgìrean le cuideam ìosal buailteach sìde chruaidh no neo-sheasmhach fhaighinn.
Fuarachadh agus Teasachadh
Bidh siostaman fuarachaidh is teasachaidh, leithid innealan-adhair agus fridsichean, ag obair air prionnsapal teirmeadainimig, far a bheil gas fuarachaidh a’ dol tro atharrachaidhean ann am bruthadh is teòthachd. Rè teannachadh, thèid an fuarachadh àrd-bhruthadh a leigeil ma sgaoil tro cho-dhlùthadair gus teas a thoirt air falbh, agus rè leudachadh, bidh an fuarachadh ìosal-bhruthadh a’ gabhail a-steach teas bhon àrainneachd mun cuairt.
Co-dhùnadh
Tha tuigse air a’ cheangal eadar teòthachd agus cuideam ann an gasaichean bunaiteach do raon farsaing de thagraidhean saidheansail is teicnigeach. Bho lagh sìmplidh a’ ghàis air leth gu modalan nas iom-fhillte airson fìor ghasan, bidh na prionnsapalan seo a’ cuideachadh le bhith a’ mìneachadh mòran de thachartasan nàdarra is teicneòlais.
Chan e a-mhàin gu bheil an t-eòlas seo cudromach ann an teòiridh ach tha buaidh mhòr phractaigeach aige cuideachd, bho dhealbhadh einnseanan gu ro-innse na sìde. Airson tagraidhean nas sònraichte, bidh feum air modaladh a bheir aire do eadar-obrachadh mìrean agus suidheachaidhean deuchainneach mionaideach.
Le leasachadh teicneòlais agus saidheans, tha ar tuigse air a’ cheangal eadar teòthachd agus cuideam gas a’ sìor fhàs, a’ fosgladh chothroman ùra ann an rannsachadh agus ùr-ghnàthachadh.
