Gotar Pêvajoyên termodînamîk: Îzotermal Adîabatîk Îzokorîk Îzobarîk
Çar pêvajoyên termodînamîkî hene, ew jî îzotermîk, îzokorîk, îzobarîk û adîabatîk in.
Pêvajoya Îzotermal (germahiya sabît)
Di pêvajoyeke îzotermîk de, germahiya sîstemê sabît dimîne. Bi teorîkî, sîstema ku tê analîzkirin gazeke îdeal e. Germahiya gaza îdeal rasterast bi enerjiya navxweyî ya gaza îdeal re rêjeyî ye (U = 3/2 n RT). T naguhere, ji ber vê yekê U jî naguhere. Bi vî awayî, heke li ser pêvajoya îzotermîk were sepandin, qanûna yekem a hevkêşeya termodînamîk dibe:
Δ U = Q – W
Enerjiya navxweyî naguhere, ji ber vê yekê Δ U = 0 e.
0 = Q – W
Q = W
Li gorî vê hevkêşeyê, di pêvajoya îzotermîk de (germahiya sabît), germahiya (Q) ku li pergalê tê zêdekirin ji hêla pergalê ve tê bikar anîn da ku kar bike (W).
Guherîna zext û qebareya pergalê di pêvajoya îzotermîk de bi grafîka jêrîn tê nîşandan:
Qebareya yekem a pergalê = V1 (qebareya piçûk) û zexta sîstemê = P1 (fişara mezin). Ji bo ku germahiya sîstemê sabît be, piştî ku germ li sîstemê tê zêdekirin, sîstem berfireh dibe û li ser jîngehê kar dike. Piştî ku sîstem li ser jîngehê kar dike, qebareya sîstemê diguhere V2 (qebareya sîstemê zêde dibe) û zexta sîstemê diguhere bo P2 (kêmkirina zexta sîstemê). Şêweyê grafîkê xêzkirî ye ji ber ku zexta sîstemê di dema pêvajoyê de bi rêkûpêk naguhere. Mîqdara karê ku sîstem tê kirin = qada tarîkirî.
Pêvajoya Adîabatîk
Di pêvajoya adîabatîk de, germahî li pergalê nayê zêdekirin an jî ji pergalê dernakeve (Q = 0). Pêvajoyên adîabatîk dikarin di pergalên girtî yên baş-îzolekirî de çêbibin. Ji bo pergalek girtî ya baş-îzolekirî, bi gelemperî germahî naçe nav pergalê an jî ji pergalê dernakeve. Pêvajoyên adîabatîk dikarin di pergalên girtî yên ne-îzolekirî de jî çêbibin.
Di vê rewşê de, divê pêvajo bi lez were kirin da ku germ neçe pergalê an jî ji pergalê dernekeve. Ger li ser pêvajoyek adîabatîk were sepandin, qanûna yekem Hevkêşeya Termodînamîkî dê biguhere:
Δ U = Q – W
Germahî ne tê û ne jî ji sîstemê derdikeve, ji ber vê yekê Q = 0 e.
Δ U = 0 – W
Δ U = -W
Eger sîstem bi lez were zextkirin (kar li ser sîstemê tê kirin), wê demê kar neyînî ye. Ji ber ku W neyînî ye, wê demê U erênî ye (enerjiya di sîstemê de zêde dibe). Berevajî vê, eger sîstem bi lez berfireh bibe (sîstem kar dike), wê demê W erênî ye. Ji ber ku W erênî ye, U neyînî ye (enerjiya di sîstemê de kêm dibe). Enerjiya di sîstemê de (gaza îdeal) bi germahiyê re rêjeyî ye (U = 3/2 n RT), ji ber vê yekê heke enerjiya di sîstemê de zêde bibe wê demê germahiya sîstemê jî zêde dibe. Berevajî vê, heke enerjiya di sîstemê de kêm bibe, wê demê germahiya sîstemê kêm dibe.
Guhertina di zext û qebareya sîstemê de di pêvajoya adîabatîk de bi grafîka jêrîn tê nîşandan:
Xêza adîabatîk a di vê grafîkê de (xêzên 1-2) ji xêza îzotermîk (xêzên 1-3) tûjtir e. Ev cudahiya tûjbûnê nîşan dide ku ji bo heman zêdebûna qebareyê, zexta sîstemê di pêvajoya adîabatîk de ji pêvajoya îzotermîk bêtir kêm dibe. Zexta sîstemê di pêvajoya adîabatîk de bêtir kêm dibe ji ber ku dema berfirehbûna adîabatîk çêdibe, germahiya sîstemê jî kêm dibe. Germahî bi zextê re rêjeyî ye, ji ber vê yekê heke germahiya sîstemê dakeve, zexta sîstemê jî kêm dibe. Berevajî pêvajoya îzotermîk, germahiya sîstemê her gav sabît e. Bi vî rengî, di pêvajoya îzotermîk de, germahî bandorê li kêmbûna zextê nake.
Nimûneyek ji pêvajoyek adîabatîk di motorên şewitandina navxweyî de, wek motorên dîzel û motorên benzînê, çêdibe. Di motorên dîzel de, hewa têxin nav silindirê, û hewaya di hundurê silindirê de bi karanîna pistonê bi lez tê pêlkirin (kar li ser hewayê tê kirin). Pêvajoya zexta adîabatîk (kêmkirina qebareya pergalê) bi xêza 2-1 tê nîşandan. Ji ber zexta adîabatîk a bilez, germahî bi lez bilind dibe. Di heman demê de, dîzel bi rêya enjektorê tê rijandin nav silindirê, û tevlihev tavilê tê çalakirin. Di motorên benzînê de, tevliheviyek ji hewa û benzînê têxin nav silindirê û dûv re bi karanîna pistonê bi lez tê pêlkirin. Ji ber ku ew bi lez tê pêlkirin bi awayekî adîabatîk, germahî bi lez bilind dibe. Di heman demê de, bujiyên agir diteqin da ku pêvajoya şewitandinê çêbibe.
Pêvajoya Îzokorîk (qebareya sabît)
Di pêvajoya îzokorîk de, qebareya sîstemê sabît dimîne. Ji ber ku qebareya sîstemê her tim sabît e, sîstem nikare li ser jîngehê bixebite. Jîngeh jî nikare li ser sîstemê kar bike. Ger li ser pêvajoya îzokorîk were sepandin, qanûna yekem a hevkêşeya termodînamîkî diguhere:
Δ U = Q – W
Sîstem li ser jîngehê kar nake, ji ber vê yekê W = 0 e.
Δ U = Q – 0
Δ U = Q
Ji vê encamê, em dikarin bigihîjin wê encamê ku di pêvajoya îzokorîk de (qebareya sabît), germahiya (Q) ku li pergalê tê zêdekirin ji bo zêdekirina enerjiya di pergalê de tê bikar anîn. Guhertinên di zext û qebareya pergalê de di pêvajoya îzokorîk de bi grafîka jêrîn têne nîşandan:
Di destpêkê de, zexta sîstemê = p 1 (zexta piçûk). Germahiya zêde ya sîstemê dibe sedema zêdebûna enerjiya di sîstemê de. Her ku enerjiya di sîstemê de zêde dibe, germahiya sîstemê (gaza îdeal) zêde dibe (U = 3/2 n RT). Germahî rasterast bi zextê re rêjeyî ye. Ji ber vê yekê, heke germahiya sîstemê zêde bibe, wê hingê zexta sîstemê zêde dibe (p 2 ). Ji ber ku qebareya sîstemê sabît e, kar nayê kirin (qada tarî tune).
Di pêvajoya îzokorîk de, sîstem nikare li ser jîngehê kar bike. Bi heman awayî, jîngeh nikare li ser pergalê kar bike. Ev ji ber ku, di pêvajoyek îzokorîk de, qebareya pergalê her gav sabît e. Hin celeb kar hene ku guhertinên qebareyê nagirin nav xwe. Ji ber vê yekê her çend qebareya pergalê neguhere jî, dîsa jî kar dikare li ser pergalê were kirin. Mînakî, di konteynirek girtî de fanek + batarya heye. Fan dikare bi karanîna enerjiya bateriyê bizivire. Di vê rewşê de, fan, batarya û hewaya di hundurê konteynerê de wekî sîstem têne hesibandin.
Dema ku fan dizivire, fan kar dike, di konteynerê de dilîze. Di heman demê de, enerjiya kînetîk a fanê vediguhere enerjiya di hewayê de. Bê guman, enerjiya elektrîkê ya di bateriyê de kêm dibe ji ber ku ew di hewayê de şekil guhertiye û bûye enerjiyê. Ev mînak nîşan dide ku di pêvajoya îzokorîk de (qebare her gav sabît e), hîn jî li ser pergalê kar dikare were kirin (karek ku guhertinên qebareyê nagire nav xwe).
Pêvajoya Îzobarîk (zexta sabît)
Di pêvajoyek îzobarîk de, zexta sîstemê sabît dimîne. Ji ber ku zext sabît e, guherîna enerjiya navxweyî ( Δ U), germahî (Q) û kar (W) di pêvajoya îzobarîk de sifir nînin. Bi vî awayî, formula termodînamîkê ya qanûna yekem nehatiye guhertin.
ΔU = Q - W
Guhertinên di zext û qebareya gazê de di pêvajoya îzobarîk de bi grafîka jêrîn têne nîşandan:
Pêşîn, qebareya pergalê = V1 (qebareya piçûk). Ji ber ku zext sabît dimîne, piştî ku germ li pergalê tê zêdekirin, pergal berfireh dibe û li ser jîngehê kar dike. Piştî xebitandina li ser jîngehê, qebareya pergalê diguhere V2 (zêdebûna qebareya sîstemê). Mîqdara karê ku hatiye kirin (W) sîstem = qada tarîkirî.
Pirs 1:
Xêzên 1-2 di du diyagramên li jêr de berfirehbûna gazê (zêdebûna qebareya gazê) nîşan didin ku bi awayekî adîabatîk û îzotermîk çêdibe. Di kîjan pêvajoyê de, karê ku gaz pêk tîne kêmtir e?
Karê ku gaz di pêvajoya adîabatîk de dikin ji karê gazan di pêvajoya îzotermîk de kêmtir e. Rûbera tarî = karê ku gaz di dema pêvajoya berfirehbûnê de dike (zêdebûna qebareya gazê). Rûbera tarî di pêvajoya adîabatîk de ji rûbera tarî ya pêvajoya îzotermîk kêmtir e.
Pirs 2:
Pêvajoyên termodînamîk di diyagrama jêrîn de têne nîşandan. Xêzên ab û dc = pêvajoyên îzokorîk (qebareya sabît). Xêzên bc û ad = pêvajoya îzokorîk (zexta sabît). Di pêvajoya ab de, germahî (Q) 600 Joules li pergalê tê zêdekirin. Di pêvajoya bc de, germahî (Q) 800 Joules li pergalê tê zêdekirin.
a) Guhertinên enerjiyê di pêvajoya ab de
b) Guhertinên enerjiyê di pêvajoya abc de
c) Germahiya tevahî ya ku li pêvajoya ADC-ê tê zêdekirin
P1 = 2 x 105 Pa = 2 x 105 N / m2
P2 = 4 x 105 Pa = 4 x 105 N / m2
V 1 = 2 lître = 2 dm 3 = 2 x 10 -3 m 3
V2 = 4 lître = 2 dm3 = 4 x 10 -3 m3
Çare
a) Guhertinên enerjiya navxweyî di pêvajoya ab de
Di pêvajoya ab de, germahiya 600 J li pergalê tê zêdekirin. Pêvajoya ab = pêvajoya îzokorîk (qebareya sabît). Di pêvajoya îzokorîk de, zêdekirina germê di pergalê de tenê enerjiya di pergalê de zêde dike. Bi vî awayî, enerjî di pergalê de piştî wergirtina germê diguhere:
ΔU = Q
ΔU = 600 J
b) Guhertinên enerjiyê di pêvajoya abc de
Pêvajoya ab = pêvajoya îzokorîk (qebareya sabît). Di pêvajoya ab de, germahiya 600 J li pergalê tê zêdekirin. Ji ber qebareya sabît, ji hêla pergalê ve kar nayê kirin.
Pêvajoya bc = pêvajoya îzobarîk (zexta sabît). Di pêvajoya bc de, germahî (Q) 800 Joules li pergalê tê zêdekirin. Di pêvajoya îzobarîk de, pergal dikare kar bike. Mîqdara karê ku ji hêla pergalê ve di pêvajoya bc de (pêvajoya îzobarîk) tê kirin ev e:
W = P (V2 – V1 ) — zexta sabît
W = P2 ( V2 – V1 )
W = 4 x 10 5 N /m² ( 4 x 10 -3 m³ – 2 x 10 -3 m³ )
W = 4 x 105 N / m² ( 2 x 10-3 m³ )
W = 8 x 102 Joule
W = 800 Joule
Germahiya tevahî ya ku di pêvajoya abc de li pergalê tê zêdekirin ev e:
Q tevahî = Q ab + Q bc
Q tevahî = 600 J + 800 J
Tevahî Q = 1400 Joul
Bi tevahî karê ku ji hêla pergalê ve di pêvajoya abc de hatî kirin ev e:
W tevahî = W ab + W bc
W tevahî = 0 + W bc
W tevahî = 0 + 800 Joule
W tevahî = 800 Joule
Guhertinên enerjiya navxweyî di pêvajoyê de abc = 600 J
c) Germahiya tevahî ya ku li pêvajoya ADC-ê hatiye zêdekirin
Germahiya giştî ya ku li sîstemê tê zêdekirin dikare bi hevkêşeya jêrîn were hesibandin:
ΔU = Q – W
Q = ΔU + W
Germahiya tevahî ya ku li pêvajoyê hatiye zêdekirin adc = guhertinên enerjiya navxweyî di adc de + karê di pêvajoyê de adc.
Germahî û kar di veguhestina enerjiyê ya di navbera sîstem û jîngehê de cih digirin, lê guhertinên enerjiya navxweyî encama veguhestina enerjiyê ya di navbera sîstem û jîngehê de ne. Ji ber vê yekê, guhertina enerjiyê bi pêvajoya veguhestina enerjiyê ve girêdayî nîne. Ji aliyekî din ve, germahî û kar bi pêvajoyê ve girêdayî ne. Di pêvajoya îzokorîk (sîstema bi qebareya sabît), veguhestina enerjiyê tenê bi şiklê germê ye, lê kar ne wisa ye. Di pêvajoya îzobarîk (zexta sabît), veguhestina enerjiyê germahî û kar dihewîne. Her çend bi pêvajoyê ve girêdayî nebe jî, enerjî li gorî rewşa destpêkê û rewşa pergala dawîn diguhere. Ger rewşên destpêkê û dawîn yek bin, guhertinên enerjiyê her gav yek in, her çend pêvajo cûda be jî.
Rewşên destpêkê û dawî ji bo pêvajoya abc di grafîka jorîn de = rewşên destpêkê û dawî yên pêvajoya adc. Bi vî awayî, enerjiya hundirîn di pêvajoya adc = 600 J de diguhere.
Xebata tevahî (W) ya ku li ser adc = W pêvajoya li ser ad + W li ser pêvajoya dc tê kirin.
Pêvajoya ad pêvajoyek îzobarîk e (zexta sabît), lê pêvajoya dc pêvajoyek îzokorîk e (qebareya sabît). Ji ber qebareya sabît, li ser pêvajoya dc kar nayê kirin. Pêşî, em karê ku li ser pêvajoya ad tê kirin hesab dikin.
W ad = P ( V2 - V1 )
W ad = P1 ( V2 - V1 )
W ad = 2 x 105 N /m² ( 4 x 10‐3 m³ ‐ 2 x 10‐3 m³ )
W ad = 2 x 105 N / m² ( 2 x 10-3 m³ )
W ad = 4 x 10 2 Joule
W ad = 400 Joule
W tevahî = W di pêvajoya a-d de + W di pêvajoya d-c de
W tevahî = 400 Joul + 0
W tevahî = 400 Joule
Ji ber vê yekê, mîqdara germê ya ku li pêvajoya ADC-ê tê zêdekirin ev e:
Q = ΔU + W
Q = 600 J + 400 J
Q = 1000 J
Pirs 3:
1 lître av dema ku di zexta 1 atm de tê kelandin dibe 1671 lître buhar. Guherîna enerjiya navxweyî û karê ku av dema buhar dibe hesab bikin… (Germahiya buharbûnê ji bo avê = L V = 22.6 x 10 5 J/Kg)
Çare
Tîrbûna avê = 1000 kg/ m3
Germahiya buharbûnê ya avê (L V ) = 22.6 x 105 J / Kg
P = 1 atm = 1.013 x 105 Pa = 1.013 x 105 N/ m2
V 1 = 1 lître = 1 dm 3 = 1 x 10 -3 m 3 (Qebareya Avê)
V2 = 1671 lître = 1671 dm3 = 1671 x 10 -3 m3 ( Qada buharê )
a) Guhertinên di enerjiya navxweyî de
Guhertinên di enerjiya navxweyî de = Germahiya ku li avê tê zêdekirin kêm Karê ku avê dema buharbûnê dike. Hejmartina yekem Germahiya (Q) ku li avê tê zêdekirin …
Q = m L V
Tîrbûna avê = girseya avê / qebareya avê
Girseya avê (m) = tîrbûna avê x qebareya avê
Girseya avê (m) = (1000 kg/m3 ) ( 1 x 10-3 m3 )
Girseya avê (m) = (1000 kg/m3 ) (0.001 m3 )
Girseya avê (m) = 1 kg
Q = (1 kg) (22.6 x 10 5 J / kg)
Q = 22.6 x 105 J
Karê (W) yê ku dema av buhar dibe dike hesab bike. Kelandina avê di bin zexta sabît de çêdibe (pêvajoya îzobarîk).
W = p ( V2 – V1 )
W = 1.013 x 105 N /m² ( 1671 x 10-3 m³ – 1 x 10-3 m³ )
W = 1.013 x 105 N / m² ( 1670 x 10-3 m³ )
W = 1691.71 x 102 Joule
W = 1.7 x 105 Joul
Guhertinên di enerjiya navxweyî ya avê de:
ΔU = Q – W
ΔU = 22.6 x 10 5 J – 1.7 x 10 5 J
ΔU = 20.9 x 105 J
ΔU = 21 x 105 J
Germahiya 21 x 10 5 Joule ya ku li avê tê zêdekirin ji bo zêdekirina enerjiya navxweyî tê bikar anîn (serkeftina li ser hêzên kişandinê yên di navbera molekulên ku avê şile dihêlin). Bi gotineke din, 21 x 10 5 J ji bo veguherandina avê bo buharê tê bikar anîn. Dema ku av dibe buhar, 1.7 x 105 J ya mayî ji bo kirina kar tê bikar anîn.
Pirs 4:
1 mol gaz di silindirekê de bi awayekî adîabatîkî zû fireh dibe. Di destpêkê de, germahiya gazê = 1000 K. Piştî firehbûnê, germahiya gazê dadikeve 500 K. Karê ku gaz dike diyar bike …
Çare
Berfirehbûna gazê bi awayekî adîabatîk çêdibe. Di pêvajoya adîabatîk de, germahî nakeve nav sîstemê û ji sîstemê dernakeve. Bi vî awayî, karê ku di gazê de tê kirin = guhertina enerjiyê di gazê de.
ΔU = Q – W an W = Q – Δ U → Q = 0
W = 0 – ΔU
W = – ΔU
Em dikarin guherînên enerjiyê di gazê de bi karanîna hevkêşeya enerjiyê di gaza îdeal de hesab bikin:
ΔU = 3/2 (1 mol) (8.315 J / mol. K) (500 K – 1000 K)
ΔU = 3/2 (1 mol) (8.315 J / mol. K) (- 500 K)
ΔU = -6236.25 J
Ji ber vê yekê, karê ku ji hêla gazê ve tê kirin:
W = – ΔU
W = – (- 6236.25 J)
W = 6236.25 J
