Ысқаша теориялық мәлімет. Атмосфералық қысымға жақын қысымдарды және сыртқы қоршаған ортаның (атмосфераның)

Атмосфералық қысымға жақын қысымдарды және сыртқы қоршаған ортаның (атмосфераның) температурасында ауаға мүлтіксіз (идеал) газдың қасиеттерін қолдануға болады. Идеал газ молекулаларының арасында өзара итеру немесе тарту күштері болмайды, ал осы молекулалардың көлемі газдың өз көлемімен салыстырғанда өте аздығынан, молекулалардың көлемін ескермеуге болады.

Тепе-теңдік изотермалық процестегі идеал газдың екі күйіндегі 1 және 2 арасындағы параметрлердің өзара байланысы Бойль-Мариотт теңдеуімен сипатталады.

P₁ν₁ = P₂ν₂=....= Pν= idem (2.1)

немесе

P₁V ₁ = P₂V ₂=....= PV = idem (2.2)

мұндағы ν – газдың меншікті көлемі, м³/кг;

V= mν – газдың көлемі, м³;

Р – абсолюттік қысым, Па.

Тұрақты температурада (Т=idem) изотермалы сығымдау процесінде 1 және 2 арасындағы күйдегі көлем өзгергендегі тәжірибелік жұмыс (1кг газ үшін) мына теңдеумен табуға болады:

L_1-2=RT ln ν₂/ν₁= RT ln Р₁/Р₂=Р₁ν₁ ln ν₂/ν₁=

= Р₁ν₁ ln Р₁/Р₂, Дж/кг (2.3)

немесе m кг газ үшін

L_1-2=mRT lnV₂/V₁=mRT lnР₁/Р₂=mР₁V₁lnV₂/V₁=

=mР₁V₁ lnР₁/Р₂, Дж/кг (2.4)

мұндағы m(кг) - әрбір тәжірибедегі (бюреткедегі) түтікшедегі (6) дененің (ауаның) массасы. Оны идеал газдың күй теңдеуі бойынша анықтауға болады:

, кг; (2.5)

мұндағы R – ауаның дербес газ тұрақтысы (R ≈ 287 Дж/(кгК)).

Газдың ішкі энергиясы мен энтропиясы, изотермалық процесте өзгермейді, сондықтан термодинамиканың бірінші заңынан (Q=∆U+L) көлем өзгергендегі жұмыс пен дененің алған жылу мөлшері өзара тең, олай болса:

Q_1-2=L_1-2, Дж (2.6)

Изотермалық процесте 1 және 2 аралығындағы күйге сәйкес толық энтропияның өзгеруі мына қатынаспен есептеледі

_∆S_1-2=S₂-S₁= mRln = mRln , Дж/К (2.7)

(2.7) формуланы басқа түрде жазуға болады. Идеал газдың күй теңдеуінен:

. (2.8)

Олай болса осыны еске ала отырып, (2.7) теңдеуін басқа түрде жазуға болады:

, Дж/К (2.9)

Изотермалық процестегі жылу сыйымдылық:

Ст= = (2.10)

Кез келген 1-2 политроптық процестің политроптық көрсеткіші п политроптық процестің теңдеуінен (2.11):

Р₁ V₁^п= Р₂ V₂^п (2.11)

Мына формуламен есептеледі:

(2.12)

Жұмыс істеу әдістемесі және тәжірибелік қондырғыны

Бейнелеу

Изотермалық процесті іс жүзінде термодинамикалық жүйенің тұрақты температурасындағы қоршаған ортамен қарқынды жылу алмасу арқылы жүргізуге болады. Изотермалық процесті температуралары бірдей теңгерілген термодинамикалық жүйенің барлық нүктесіндегі тепе-теңдік күйлердің қатарлары деп қарастыруға болады.

Ауаның тұрақты температурада теңдесулі процеспен сығымдауға арналған тәжірибелік қондырғының сұлбасы 2.1-суретте көрсетілген. Изотермалық теңдесулі процесті жүргізу үшін «1» теңдесулі күйінен, «2» күйіне сыртқы қоршаған ортаның температурасы тұрақты шартта аралық, қатарлы тепе-теңдік күйлерді өткізу арқылы жүргізіледі. Зерттеуге арналған ауа, шыны ыдыстың (4) ішінде орналасқан жіңішке өлшегіш шыны түтікшенің (бюреткенің 6) ішінде. Түтікшенің (6) жоғарғы жағы қымталып жабылған. Ал төменгі жағы жуан шыны түтікшенің (ыдыстың 4) ішіндегі сұйық затқа (8) батырылған. Ыдыс (4) манометр (7) және вакуумдық сорғымен (1) жалғасқан. Сыртқы түтікше (4) ішіндегі ауа кран (қысқыш 3) арқылы вакуумдық (сығымдағыш) сорғымен (1) жалғасқан. Түтікшедегі (6) ауа қысымының өзгеруі, вакуумдық сорғы (1) және кранмен (3) істеледі, ал қысым өзгеруі, манометрмен өлшенеді. Бюреткедегі (6) қысымның өзгеруі, әрине ондағы сұйықтық көлемін өзгертеді. Өзгерген ауаның көлемі ішкі түтікшемен 6 көтерілген сұйықтың биіктігімен межелік (шкала 5) арқылы анықталады.

2.1-сурет. Тәжірибелік қондырғының сұлбасы

1-вакуумдық сорғы (насос); 2-резеңкілі түтікшелер; 3-кран (қысқыш); 5-шыны ыдыс; 4-межелік (шкала); 6- бюретка (өлшеуші түтікше); 7–манометр; 8-сұйық