באַציִונג צווישן טעמפּעראַטור און גאַז דרוק
הקדמה
די קאנצעפטן פון טעמפעראטור און דרוק זענען צוויי יסודות'דיגע פיזישע קאנצעפטן וואס ווערן אפט גענוצט אין דער שטודיע פון טערמאדינאמיק און פליסיק מעכאניק. די באציאונג צווישן גאז טעמפעראטור און דרוק איז א קריטישער אספעקט צו פארשטיין אין פארשידענע פעלדער פון וויסנשאפט און טעכנאלאגיע, אריינגערעכנט כעמישע אינזשעניריע, מעטעאראלאגיע, און פיזיק. דער ארטיקל וועט דערקלערן די גרונט קאנצעפטן פון טעמפעראטור און דרוק און טיפער אריינגיין אין ווי זיי אינטעראקטירן אין דעם קאנטעקסט פון אידעאלע און רעאלע גאזן.
גרונטלעכע דעפֿיניציע
סוהו
טעמפּעראַטור איז אַ פיזישע קוואַנטיטעט וואָס מעסט דעם גראַד פון הייסקייט אָדער קעלטקייט פון אַן אָביעקט אָדער סיסטעם. מיקראָסקאָפּיש, איז טעמפּעראַטור פֿאַרבונדן מיט דער דורכשניטלעכער קינעטיקער ענערגיע פון די פּאַרטיקלען וואָס מאַכן אויס דעם אָביעקט אָדער סיסטעם. אַ סיסטעם מיט אַ העכערער דורכשניטלעכער קינעטיקער ענערגיע פון פּאַרטיקלען וועט האָבן אַ העכערע טעמפּעראַטור. טעמפּעראַטור ווערט געמאָסטן אויף פֿאַרשידענע סקאַלעס, ווי צעלזיוס (°C), פאַהרענהייט (°F), און קעלווין (K), מיט דער קעלווין סקאַלע זייענדיק די אַבסאָלוטע טעמפּעראַטור סקאַלע וואָס ווערט מערסטנס געניצט אין וויסנשאַפטלעכע שטודיעס.
Tekanan
דרוק איז די קראַפט וואָס אַ פליסיקייט (גאַז אָדער פליסיקייט) אויסאיבט פּער איינהייט ייבערפלאַך שטח. אין דעם קאָנטעקסט פון גאַזן, קומט דרוק פון די קאָליזיעס פון גאַז פּאַרטיקלען מיט די ווענט פון זייער קאַנטיינער. אָפט גענוצטע איינהייטן פון דרוק אַרייַננעמען פּאַסקאַל (Pa), אַטמאָספער (atm), און מילימעטער פון קוועקזילבער (mmHg). אין דעם קאָנטעקסט פון אידעאַלע גאַזן, ווערט דרוק אָפט געמאָסטן אין קילאָפּאַסקאַלס (kPa) אָדער באַרס.
אידעאלער גאז געזעץ
כדי צו פֿאַרשטיין די באַציִונג צווישן טעמפּעראַטור און דרוק אין אַ גאַז, איז וויכטיק צו פֿאַרשטיין דעם אידעאַלן גאַז געזעץ, אין וועלכן אַ גאַז ווערט אָנגענומען צו האָבן פּאַרטיקלען וואָס אינטעראַקטירן נישט מיט יעדן אַנדערן אַחוץ דורך פּערפֿעקט עלאַסטישע קאָליזיעס. דער אידעאַלער גאַז געזעץ ווערט פֿאָרמולירט דורך דער גלייכונג:
\[ PV = nRT \]
וואו:
– \(P \) איז דער גאז דרוק,
– \(V \) איז דער באַנד פֿון גאַז,
– \(n \) איז די צאָל מאָלן גאַז,
– \(R \) איז די אידעאַלע גאַז קאָנסטאַנטע (8.314 דזש/(מאָל·ק)),
– \(T \) איז די אַבסאָלוטע טעמפּעראַטור (אין קעלווין).
די גלייכונג ווייזט אז, אונטער אידעאלע באדינגונגען, איז דער דרוק פון א גאז גלייך פראפארציאנעל צו זיין אבסאלוטער טעמפעראטור, צוגעשטעלט אז דער פארנעם און צאל מאל גאז בלייבן קאנסטאנט.
טערמאָדינאַמישער פּראָצעס
איזאָכאָריש (קאָנסטאַנטע באַנד)
אין אַן איזאָכאָרישן פּראָצעס בלייבט דער באַנד פֿון גאַז קאָנסטאַנט. לויטן אידעאַלן גאַז געזעץ ווערט די באַציִונג צווישן דרוק און טעמפּעראַטור אין דעם פּראָצעס געגעבן דורך:
\[ \frac{P_1}{T_1} = \frac{P_2}{T_2} \]
וואו \(P_1 \) און \(P_2 \) זענען די אָנהייב און לעצט דרוקן, און \(T_1 \) און \(T_2 \) זענען די אָנהייב און לעצט טעמפּעראַטורן. די גלייכונג ווייזט אַז דער דרוק פון אַ גאַז וועט וואַקסן אויב די טעמפּעראַטור פון דעם גאַז וואַקסט, אין פּראָפּאָרציע צו דער פאַרגרעסערונג אין טעמפּעראַטור.
איזאָבאַריש (קאָנסטאַנט דרוק)
אין אַן איזאָבאַרישן פּראָצעס בלייבט דער גאַז דרוק קאָנסטאַנט. די באַציִונג צווישן באַנד און טעמפּעראַטור ווערט געגעבן דורך:
\[ \frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2} \]
וואו \(V_1 \) און \(V_2 \) זענען די אָנהייב און לעצטע וואַליומז פון דעם גאַז. אויב די טעמפּעראַטור פון דעם גאַז וואַקסט, וועט דער באַנד פון דעם גאַז אויך וואַקסן צו האַלטן אַ קאָנסטאַנטן דרוק.
איזאָטערמיש (קאָנסטאַנטע טעמפּעראַטור)
אין אַן איזאָטערמישן פּראָצעס בלייבט די טעמפּעראַטור פֿון דעם גאַז קאָנסטאַנט. די באַציִונג צווישן דעם דרוק און דעם באַנד פֿון אַ גאַז ווערט געגעבן דורך:
\[ P_1V_1 = P_2V_2 \]
אויב דער באַנד פון גאַז וואַקסט, וועט דער גאַז דרוק פאַרקלענערן זיך צו האַלטן די טעמפּעראַטור קאָנסטאַנט.
אַדיאַבאַטיק
אין אַן אַדיאַבאַטישן פּראָצעס, איז נישטאָ קיין היץ־אויסטויש מיט דער אַרומיקער סביבה. די באַציִונג צווישן דרוק און גאַז־וואָלומען אין אַן אַדיאַבאַטישן פּראָצעס איז מער קאָמפּליצירט און ווערט געגעבן דורך:
\[ PV^\gamma = \text{const} \]
וואו γ איז די היץ קאַפּאַציטעט פאַרהעלטעניש (C_p/C_v).
עכטער גאַז עפֿעקט
כאָטש דער אידעאַלער גאַז געזעץ גיט אַ גוטע באַזע צו פֿאַרשטיין די באַציִונג צווישן טעמפּעראַטור און דרוק אין אַ גאַז, איז די ווירקלעכקייט אָפֿט מער קאָמפּליצירט. עכטע גאַזן פֿאָלגן נישט שטענדיק דעם אידעאַלן גאַז געזעץ פּערפֿעקט צוליב די אינטעראַקציעס צווישן גאַז פּאַרטיקלען און דעם באַנד פֿון די גאַז פּאַרטיקלען אַליין. דעריבער, פֿאַר עכטע גאַזן, ווערן מער קאָמפּליצירטע גלייכונגען ווי די וואַן דער וואַלס גלייכונג גענוצט:
[(P + \frac{a}{V^2}\right)(V – b) = nRT]
וואו \(a \) און \(b \) זענען קאנסטאנטן וואס זענען אנדערש פאר יעדן גאז, וואס פיקסן די אינטעראקציעס צווישן די פארטיקלען און דעם פארנעם פון די פארטיקלען אליין.
פּראַקטישע אַפּליקאַציעס
אינערלעכע פארברענונג מאטאר
די באַציִונג צווישן גאַז טעמפּעראַטור און דרוק איז קריטיש אין דעם פּלאַן און אָפּעראַציע פון אינערלעכע פֿאַרברענונג מאָטאָרן. די מאָטאָרן אַרבעטן אויף דעם פּרינציפּ פון גאַז יקספּאַנשאַן און קאַמפּרעסיע אין אַ צילינדער. דער גרונט פּרינציפּ פון די אָטאָ ציקל, געניצט אין רובֿ בענזין מאָטאָרן, באַשטייט פון פיר סטראָוקס: ינטייק, קאַמפּרעסיע, פֿאַרברענונג און אויספּוף. דאָס איז וווּ טערמאָדינאַמיק, ספּעציפֿיש אַדיאַבאַטיק און יסאָכאָריק פּראָצעסן, ווערן באַזונדער באַטייַטיק.
מעטעאָראָלאָגיע
אין מעטעאָראָלאָגיע, איז די באַציִונג צווישן טעמפּעראַטור און לופט דרוק שליסל צו פֿאַרשטיין און פאָרויסזאָגן וועטער באַדינגונגען. געביטן מיט הויך לופט דרוק זענען אָפט פֿאַרבונדן מיט קלאָרער און מער סטאַביל וועטער, בשעת געביטן מיט נידעריק דרוק טענד צו דערפֿאַרן שווער אָדער נישט סטאַביל וועטער.
קילן און הייצן
קיל און הייצונג סיסטעמען, ווי למשל לופטקילונג און פרידזשידערס, ארבעטן לויטן פרינציפ פון טערמאדינאמיק, וואו קילשטאף גאז גייט דורך ענדערונגען אין דרוק און טעמפעראטור. בעת קאמפרעסיע ווערט דער הויך-דרוק קילשטאף ארויסגעלאזט דורך א קאנדענסער צו באזייטיגן היץ, און בעת אויסברייטונג אבזארבירט דער נידעריק-דרוק קילשטאף היץ פון דער ארומיקער סביבה.
קעסימפּולאַן
פֿאַרשטיין די באַציִונג צווישן טעמפּעראַטור און דרוק אין גאַזן איז יסודותדיק פֿאַר אַ ברייטע קייט פון וויסנשאַפֿטלעכע און טעכנישע אַפּליקאַציעס. פֿון דעם פּשוטן אידעאַלן גאַז געזעץ ביז מער קאָמפּליצירטע מאָדעלן פֿאַר עכטע גאַזן, העלפֿן די פּרינציפּן דערקלערן פֿיל נאַטירלעכע און טעכנאָלאָגישע דערשיינונגען.
די וויסן איז נישט נאָר וויכטיק אין טעאָריע, נאָר אויך האט ברייטע פּראַקטישע אימפּליקאַציעס, פֿון מאָטאָר פּלאַן ביז וועטער פאָרויסזאָגן. פֿאַר מער ספּעציפֿישע אַפּליקאַציעס, איז אָפט נויטיק מאָדעלירן וואָס נעמט אין באַטראַכט פּאַרטיקל ינטעראַקשאַנז און פּינקטלעכע עקספּערימענטאַלע באַדינגונגען.
מיט דער אַנטוויקלונג פון טעכנאָלאָגיע און וויסנשאַפֿט, וואַקסט אונדזער פֿאַרשטאַנד פֿון דער באַציִונג צווישן טעמפּעראַטור און גאַז־דרוק ווײַטער, עפֿענענדיק נײַע געלעגנהייטן אין פֿאָרשונג און כידעש.
