Ìbáṣepọ̀ láàrin iwọn otutu àti titẹ gaasi
Pendahuluan
Àwọn èrò ìgbóná àti ìfúnpá jẹ́ àwọn èrò ìpìlẹ̀ méjì tí a sábà máa ń lò nínú ìkẹ́kọ̀ọ́ thermodynamics àti fluid mechanics. Ìbáṣepọ̀ láàárín ìgbóná àti ìfúnpá gaasi jẹ́ apá pàtàkì láti lóye ní onírúurú ẹ̀ka ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì àti ìmọ̀ ẹ̀rọ, títí kan ìmọ̀ ẹ̀rọ kẹ́míkà, ìmọ̀ ojú ọjọ́, àti ìmọ̀ fisiksi. Àpilẹ̀kọ yìí yóò ṣàlàyé àwọn èrò ìpìlẹ̀ nípa ìgbóná àti ìfúnpá, yóò sì wádìí jinlẹ̀ nípa bí wọ́n ṣe ń bá ara wọn lò ní àyíká àwọn gáàsì pípé àti gidi.
Ìtumọ̀ Àkọ́kọ́
Suhu
Iwọn otutu jẹ́ iye ti ara tí ó ń wọn iwọn ooru tabi otutu ohun kan tabi eto kan. Ni apa microscopic, iwọn otutu ni ibatan si agbara kinetic apapọ ti awọn patikulu ti o ṣe ohun tabi eto naa. Eto ti o ni agbara kinetic apapọ ti awọn patikulu yoo ni iwọn otutu ti o ga julọ. A wọn iwọn otutu lori awọn iwọn oriṣiriṣi, gẹgẹbi Celsius (°C), Fahrenheit (°F), ati Kelvin (K), pẹlu iwọn Kelvin ni iwọn otutu pipe ti a maa n lo julọ ninu awọn ẹkọ imọ-jinlẹ.
Tekanan
Ìfúnpá ni agbára tí omi (gaasi tàbí omi) ń lò fún gbogbo agbègbè ojú ilẹ̀. Nínú àyíká àwọn gáàsì, ìfúnpá máa ń jáde láti inú ìkọlù àwọn èròjà gáàsì pẹ̀lú àwọn ògiri àpótí wọn. Àwọn ìwọ̀n ìfúnpá tí a sábà máa ń lò ní Pascal (Pa), afẹ́fẹ́ (atm), àti milimita mercury (mmHg). Nínú àyíká àwọn gáàsì tí ó dára jùlọ, a sábà máa ń wọn ìfúnpá ní kilopascals (kPa) tàbí bars.
Òfin Gáàsì Tó Dáadáa
Láti lóye ìbáṣepọ̀ láàárín iwọ̀n otútù àti ìfúnpá nínú gáàsì, ó ṣe pàtàkì láti lóye òfin gáàsì tó dára jùlọ, nínú èyí tí a gbà pé gáàsì kan ní àwọn èròjà tí kò ní í bá ara wọn lò àyàfi nípasẹ̀ àwọn ìkọlù elastic tó péye. Òfin gáàsì tó dára jùlọ ni a gbé kalẹ̀ nípasẹ̀ ìṣirò:
\[ PV = nRT \]
Mo ṣe é:
– \(P \) ni titẹ gaasi,
– \(V \) ni iwọn didun gaasi,
– \( n \) ni iye awọn moles ti gaasi,
– \( R \) ni iduroṣinṣin gaasi to dara julọ (8.314 J/(mol·K)),
– \( T \) ni iwọn otutu to peye (ni Kelvin).
Ìgbékalẹ̀ yìí fihàn pé, lábẹ́ àwọn ipò tó dára jùlọ, ìfúnpá gáàsì kan jẹ́ tààrà sí ìwọ̀n otútù rẹ̀ pátápátá, tí ìwọ̀n àti iye àwọn moles gáàsì bá dúró ṣinṣin.
Ilana Thermodynamic
Isochoric (Iwọn didun ti o duro ṣinṣin)
Nínú ìlànà isochoric, ìwọ̀n gaasi náà dúró ṣinṣin. Gẹ́gẹ́ bí òfin gaasi tó dára jùlọ, ìbáṣepọ̀ láàrín ìfúnpá àti iwọ̀n otútù nínú ìlànà yìí ni a fi hàn nípasẹ̀:
\[ \frac{P_1}{T_1} = \frac{P_2}{T_2} \]
Níbi tí \(P_1 \) àti \(P_2 \) jẹ́ àwọn ìfúnpọ̀ àkọ́kọ́ àti ìkẹ́yìn, àti \(T_1 \) àti \(T_2 \) jẹ́ àwọn ìfúnpọ̀ ìbẹ̀rẹ̀ àti ìkẹ́yìn. Ìgbékalẹ̀ yìí fihàn pé ìfúnpọ̀ gáàsì yóò pọ̀ sí i bí ìgbóná gáàsì bá pọ̀ sí i, ní ìbámu pẹ̀lú ìfúnpọ̀ ìgbóná.
Isobaric (Ìfúnpọ̀ Títẹ́jú Nígbà Gbogbo)
Nínú ilana isobaric, titẹ gaasi naa duro ni deede. A fun ni ibatan laarin iwọn didun ati iwọn otutu nipasẹ:
\[ \frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2} \]
Níbi tí \(V_1 \) àti \(V_2 \) jẹ́ ìwọ̀n àkọ́kọ́ àti ìkẹ́yìn ti gaasi náà. Tí ìwọ̀n otútù gaasi náà bá pọ̀ sí i, ìwọ̀n gaasi náà yóò pọ̀ sí i láti máa mú kí ìfúnpá dúró déédéé.
Isothermal (Iwọn otutu ti o wa titi)
Nínú ilana isothermal kan, iwọn otutu gaasi naa duro deede. A fun ni ibatan laarin titẹ ati iwọn didun gaasi nipasẹ:
\[ P_1V_1 = P_2V_2 \]
Tí ìwọ̀n gáàsì bá pọ̀ sí i, ìfúnpá gáàsì náà yóò dínkù láti jẹ́ kí ìwọ̀n otútù náà dúró ṣinṣin.
Adiabatic
Nínú ìlànà adiabatic, kò sí ìyípadà ooru pẹ̀lú àyíká tó yí i ká. Ìbáṣepọ̀ láàárín ìfúnpá àti ìwọ̀n gáàsì nínú ìlànà adiabatic túbọ̀ díjú sí i, èyí sì ni a fi hàn nípasẹ̀:
\[ PV^\gamma = \text{const} \]
Ibi tí \( \gamma \) jẹ́ ìpíndọ́gba agbára ooru (C_p/C_v).
Ipa Gaasi gidi
Bó tilẹ̀ jẹ́ pé òfin gáàsì tó dára jùlọ fúnni ní ìpìlẹ̀ tó dára fún òye ìbáṣepọ̀ láàrín iwọ̀n otútù àti ìfúnpá nínú gáàsì, òtítọ́ sábà máa ń díjú jù. Àwọn gáàsì gidi kì í sábà tẹ̀lé òfin gáàsì tó dára jùlọ nítorí ìbáṣepọ̀ láàrín àwọn gáàsì àti ìwọ̀n àwọn gáàsì fúnra wọn. Nítorí náà, fún àwọn gáàsì gidi, a lo àwọn ìdọ́gba tó díjú bíi ìdọ́gba Van der Waals:
\[ \left(P + \frac{a}{V^2}\right)(V – b) = nRT \]
Níbi tí \(a \) àti \(b \) ti jẹ́ àwọn ohun tí ó dúró ṣinṣin fún gbogbo gáàsì tí ó ń ṣàtúnṣe ìbáṣepọ̀ láàrín àwọn èròjà àti ìwọ̀n àwọn èròjà fúnra wọn.
Àwọn Ohun Èlò Tó Wúlò
Ẹ̀rọ Ìjóná Inú
Àjọṣepọ̀ láàárín ìwọ̀n otútù gáàsì àti ìfúnpá ṣe pàtàkì nínú ṣíṣe àgbékalẹ̀ àti ìṣiṣẹ́ àwọn ẹ̀rọ ìjóná inú. Àwọn ẹ̀rọ wọ̀nyí ń ṣiṣẹ́ lórí ìlànà ìfẹ̀sí gaasi àti ìfúnpọ̀ láàrín sílíńdà. Ìlànà ìpìlẹ̀ ti ìyípo Otto, tí a lò nínú ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ẹ̀rọ gaasi, ní àwọn ìfúnpọ̀ mẹ́rin: gbígbà, ìfúnpọ̀, ìjóná, àti ìtújáde. Ibí ni thermodynamics, pàápàá jùlọ àwọn ilana adiabatic àti isochoric, ti di pàtàkì.
Iṣẹ́ ojú ọjọ́
Nínú ìmọ̀ nípa ojú ọjọ́, ìbáṣepọ̀ láàárín ìwọ̀n otútù àti ìfúnpá afẹ́fẹ́ ṣe pàtàkì láti lóye àti láti sọ àsọtẹ́lẹ̀ nípa àwọn ipò ojú ọjọ́. Àwọn agbègbè tí ìfúnpá afẹ́fẹ́ gíga sábà máa ń ní ìsopọ̀ pẹ̀lú ojú ọjọ́ tí ó mọ́ kedere tí ó sì dúró ṣinṣin, nígbà tí àwọn agbègbè tí ìfúnpá kékeré máa ń ní ojú ọjọ́ líle tàbí tí kò dúró ṣinṣin.
Itutu ati Igbona
Àwọn ètò ìtútù àti ìgbóná, bí àwọn ẹ̀rọ afẹ́fẹ́ àti fìríìjì, ń ṣiṣẹ́ lórí ìlànà thermodynamics, níbi tí gáàsì fìríìjì ti ń ṣe àyípadà nínú ìfúnpọ̀ àti iwọ̀n otútù. Nígbà ìfúnpọ̀, a máa ń tú fìríìjì onítẹ̀sí gíga jáde nípasẹ̀ ẹ̀rọ amúlétutù láti mú ooru kúrò, àti nígbà tí a bá ń fẹ̀ sí i, ẹ̀rọ amúlétutù onítẹ̀sí kékeré máa ń gba ooru láti àyíká tí ó yí i ká.
Ipari
Lílóye ìbáṣepọ̀ láàárín ìwọ̀n otútù àti ìfúnpá nínú àwọn gáàsì jẹ́ pàtàkì sí ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ohun èlò ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì àti ìmọ̀ ẹ̀rọ. Láti òfin gáàsì tó rọrùn sí àwọn àpẹẹrẹ tó díjú jù fún àwọn gáàsì gidi, àwọn ìlànà wọ̀nyí ń ran lọ́wọ́ láti ṣàlàyé ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìṣẹ̀lẹ̀ àdánidá àti ti ìmọ̀ ẹ̀rọ.
Ìmọ̀ yìí kìí ṣe pàtàkì nínú ìmọ̀-ẹ̀rọ nìkan, ó tún ní àwọn ìtumọ̀ tó gbòòrò, láti àpẹẹrẹ ẹ̀rọ sí àsọtẹ́lẹ̀ ojú ọjọ́. Fún àwọn ohun èlò pàtó, àwòṣe tó gbé ìbáṣepọ̀ pàǹtíkì àti àwọn ipò ìdánwò tó péye yẹ̀ wò sábà máa ń pọndandan.
Pẹ̀lú ìdàgbàsókè ìmọ̀-ẹ̀rọ àti ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì, òye wa nípa ìbáṣepọ̀ láàárín ìwọ̀n otútù àti ìfúnpá gáàsì ń tẹ̀síwájú láti dàgbàsókè, èyí sì ń ṣí àwọn àǹfààní tuntun sílẹ̀ nínú ìwádìí àti ìṣẹ̀dá tuntun.
