רשתות גורוםודה
לחות מציינת את כמות אדי המים באוויר. כאשר יורד גשם, האטמוספירה לחה מאוד מכיוון שיש הרבה אדי מים באוויר. לעומת זאת, אם אדי המים באוויר מעטים מאוד, האוויר צחיח. כמות אדי המים באוויר מתבטאת בלחות היחסית.
הלחות היחסית היא היחס בין הלחץ החלקי של קיטור ללחץ של אדי מים רוויים בטמפרטורה מסוימת (קיטור הוא אדי מים). לחות יחסית מתבטאת באחוזים, מנוסחת מתמטית:
אם נסתכל היטב, ניתן לראות בתחילה את העשן מהבעירה. לאחר זמן מה, לא ניתן לראות את העשן. האם השתמשת בבושם? למרות שמרסס בושם בחדר, אנשים אחרים שנמצאים מחוץ לבית יכולים גם הם להרגיש את ניחוח הבושם. אם האם מבשלת אוכל טעים ומעורר תיאבון במטבח, ניתן להרגיש את ניחוח הבישול גם מבית השכן. מדוע?
ישנן דוגמאות רבות אחרות. אם תשימו כמה טיפות של דיו בכוס המכילה מים צלולים, דיו או צבע מאכל יתפזרו באופן שווה בכל המים. זה קורה באופן אוטומטי. כמה דוגמאות קודמות הן אירועי דיפוזיה שחווים לעתים קרובות בחיי היומיום. דיפוזיה היא תהליך של העברת חומרים מריכוז גבוה לריכוז נמוך. הכוונה בריכוז היא מספר המולקולות/מולות של חומר לכל נפח. מקום עם ריכוז גבוה הוא מקום שבו ישנן מולקולות רבות של חומרים לכל נפח. לעומת זאת, ריכוזים נמוכים הם מקומות שבהם ישנן מעט מולקולות לכל נפח.
אנרגיה בגז אידיאלי חד-אטומי
האנרגיה בגז האידיאלי המונו-אטומי היא הכמות הכוללת של אנרגיית הקינטית התרגומית של מולקולות הגז האידיאלי המונו-אטומיות. הכמות הכוללת של אנרגיית הקינטית התרגומית של מולקולות הגז האידיאלי = המכפלה של אנרגיית הקינטית התרגומית הממוצעת של כל מולקולה ומספר המולקולות (N). מתמטית:
משפט חלוקת האנרגיה נגזר תיאורטית על ידי קלרק מקסוול באמצעות מכניקה סטטיסטית. הוא נקרא משפט מכיוון שאין הוכחה באמצעות ניסויים. חלוקת האנרגיה פירושה חלוקה שווה של אנרגיה.
KE = אנרגיית קינטית ממוצעת של מולקולות גז (ג'אול)
k = קבוע בולצמן = 1.38 x 10-23 ג'ול /קלווין
T = הטמפרטורה המוחלטת של מולקולת הגז האידיאלית (קלווין)
בנוסף ללחץ, אחד הגדלים המגדירים את אופיו המקרוסקופי של גז הוא הטמפרטורה (T). משוואת לחץ הגז:
התיאוריה הקינטית קובעת שכל חומר מורכב מאטומים או מולקולות וכי האטומים או המולקולות נעים ברציפות ובחוסר זהירות. הנחה זו של התיאוריה הקינטית תואמת את המצב והתנאי של האטום או המולקולה של מרכיב הגז. כוח המשיכה בין האטומים או המולקולות המרכיבות את הגז חלש כך שהאטומים או המולקולות יכולים לנוע בחופשיות.
מאמר חוק בויל, חוק צ'ארלס, חוק גיי-לוסאק
חוק בויל
רוברט בויל (1627-1691) ערך ניסויים כדי לחקור את הקשר הכמותי בין לחץ גז לנפח. ניסוי זה מבוצע על ידי הכנסת כמות מסוימת של גז לתוך מיכל סגור. עד לגישה טובה למדי, הוא גילה שאם טמפרטורת הגז נשמרה קבועה, אז כאשר לחץ הגז עולה, נפח הגז מופחת. באופן דומה, כאשר לחץ הגז יורד, נפח הגז עולה. לחץ הגז הוא ביחס הפוך לנפח הגז. קשר זה ידוע בשם חוק בויל. מבחינה מתמטית:
חוקי הגז של בויל, חוק צ'ארלס וחוק גיי-לוסאק אינם חלים על כל תנאי הגז, ולכן הניתוח שלנו הופך לקשה יותר. לכן, מוצג מודל הגז האידיאלי. גז אידיאלי אינו קיים בחיי היומיום; הגז האידיאלי הוא הצורה המושלמת להקל על הניתוח. קיומו של מושג הגז האידיאלי הזה גם עוזר לנו מאוד בבחינת הקשר בין שלושת חוקי הגז.
הקשר בין טמפרטורה, נפח ולחץ גז
על ידי התייחסות לשלושת חוקי הגזים לעיל, נוכל להסיק קשר כללי יותר בין טמפרטורה, נפח ולחץ גז.
ההצהרה הספציפית של החוק השני של התרמודינמיקה אינה יכולה לתאר את כל התהליכים הבלתי הפיכים, לכן אנו זקוקים להצהרה כללית. הצהרה כללית זו צפויה להסביר את כל התהליכים הבלתי הפיכים המתרחשים ביקום. ההצהרה הכללית של החוק השני של התרמודינמיקה נוסחה באמצע המאה התשע עשרה, באמצעות גודל הנקרא אנטרופיה (S). אנטרופיה הוצגה לראשונה על ידי קלאוזיוס ונוסחה ממעגל קרנו (מנוע קלורי מושלם). על פי קלאוזיוס, שינויים באנטרופיה חווים מערכת כאשר המערכת מקבלת חום נוסף (Q) בטמפרטורה קבועה, המיוצגת על ידי המשוואה:
מאמר על מקדם הביצועים של מכונת קירור
מכונת קירור היא מכונה שלוקחת חום ממקום בעל טמפרטורה נמוכה, ואז מעבירה אותו לאזור בעל טמפרטורה גבוהה. כדי שתהליך זה יקרה, המכונה חייבת לבצע את העבודה מכיוון שהחום זורם באופן טבעי מטמפרטורה גבוהה לטמפרטורה נמוכה. כך עולה מההצהרה של קלאוזיוס:
בלתי אפשרי עבור מכונת קירור להעביר חום ממקום בעל טמפרטורה נמוכה למקום בעל טמפרטורה גבוהה, ללא עבודה (החוק השני של התרמודינמיקה - משפט קלאוזיוס).
המכונה פועלת (W) כדי להעביר חום, מטמפרטורה נמוכה (QL ) לטמפרטורה גבוהה (QH ) . בהתבסס על שימור אנרגיה, QL + W = QH.