Jenis Proses Adiabatik, Contoh, Latihan Diselesaikan

A Proses adiabatik Ia adalah di mana tidak ada pertukaran haba antara sistem dan persekitarannya, sama ada kerana ia berlaku dalam medium penebat, atau kerana ia berlalu dengan cepat. Ini bermakna bahawa di persekitaran sistem, ini adalah, bahagian alam semesta yang sedang dikaji, perubahan suhu tidak boleh dirasakan, tetapi hanya berfungsi.

Ini adalah salah satu proses asas termodinamik. Tidak seperti proses lain (isocoric, isobaric dan isothermal), tidak ada pembolehubah fizikalnya yang tetap tetap; iaitu magnitud tekanan, kelantangan, suhu dan perubahan entropi apabila proses adiabatik berkembang.

Semasa proses adiabatik di mana jumlahnya meningkat, tenaga dalaman bahan yang dikurangkan oleh kerja

Satu lagi ciri penting proses adiabatik ialah mereka menjalankan atau mengambil kerja secara proporsional dengan variasi tenaga dalaman sistem mereka; Dalam kes ini, daripada molekulnya dalam fasa gas. Ini dapat ditunjukkan terima kasih kepada undang -undang termodinamik pertama.

Dalam kehidupan seharian jenis proses ini meliputi di atas semua ke fenomena geofizik dan, sedikit sebanyak, fungsi piston di enjin diesel. Pemindahan haba sering dicegah dengan menggunakan medium penebat, tetapi ia adalah kelajuan proses ini yang membolehkan perkembangan sebenar mereka.

[TOC]

Proses adiabatik yang boleh diterbalikkan dan tidak dapat dipulihkan

Boleh diterbalikkan

Rajah p-v dan kerja w untuk proses adiabatik. Sumber: Mikerun/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/4.0)

Proses adiabatik boleh diterbalikkan atau tidak dapat dipulihkan. Walau bagaimanapun, bekas hanya wujud sebagai alat teoritis untuk mengkaji yang terakhir. Oleh itu, proses adiabatik yang boleh diterbalikkan melibatkan gas yang ideal, dan kekurangan geseran dan sebarang kemungkinan lain yang menyebabkan pemindahan haba antara sistem dan persekitarannya.

Pertimbangkan, sebagai contoh, rajah P-V untuk proses adiabatik yang boleh diterbalikkan dari atas. T₁ dan t₂ sesuai dengan dua isoterms, di mana tekanan P dan jumlahnya V sistem berbeza -beza.

Antara negeri (p₁, V₁) Dan p₂, V₂) Pengembangan adiabatik yang boleh diterbalikkan dilakukan, kerana kita bergerak dari volum v₁ kepada satu v₂, lebih besar, mengikuti arah anak panah.

Dengan berbuat demikian, sistem itu menyejukkan, tetapi tanpa mematuhi tingkah laku isotherms. Kawasan di bawah lengkung sepadan dengan kerja w, yang nilainya positif kerana ia adalah pengembangan.

Dalam proses ini entropi tetap malar dan, oleh itu, dikatakan bahawa ia adalah isontropik. Pemprosesan matematik kebolehulangan ini menghasilkan satu set persamaan yang mungkin untuk menilai sistem lain.

Boleh melayani anda: Sel elektrolisis

Tidak dapat dipulihkan

Proses adiabatik yang tidak dapat dipulihkan, tidak seperti yang boleh diterbalikkan, tidak grafik dalam gambar rajah P-V dengan garis yang berterusan tetapi bertitik, kerana hanya keadaan akhir dan awal yang mempunyai pembolehubah mereka (p, v dan t) dengan baik ditakrifkan. Proses ini melibatkan gas sebenar, jadi persamaan gas ideal dan derivasi mereka tidak boleh digunakan secara langsung.

Mereka lulus dengan cepat, menghalang pemindahan haba antara sistem dan persekitarannya. Juga, di dalamnya entropi meningkat, seperti yang dinyatakan dalam undang -undang termodinamik kedua.

Contoh proses adiabatik

Kapasiti penebat, seperti yang dibentangkan oleh thermos, adalah salah satu faktor utama untuk proses untuk membangunkan secara adiabatik

Beberapa contoh proses adiabatik akan disebutkan di bawah.

Pengembangan dan pemahaman

Pengembangan dan pemahaman adiabatik. Sumber: Gabriel Bolívar.

Katakan tiga jaket penebat yang mengandungi petak penuh dengan gas. Dalam keadaan awal, omboh tidak mempunyai tekanan ke atas gas. Kemudian, omboh dibenarkan meningkat, yang meningkatkan jumlah di mana molekul gas boleh bergerak, menyebabkan penurunan tenaga dalamannya; Dan oleh itu, penurunan suhu.

Sebaliknya berlaku dengan pemampatan adiabatik: omboh melakukan kerja pada gas, mengurangkan jumlah yang dapat ditempati molekulnya. Tenaga Dalaman Kali ini meningkat, yang juga menunjukkan peningkatan suhu, yang haba tidak dapat menyebarkan ke arah persekitaran kerana jaket penebat.

Pendakian Magma

Saluran di mana magma naik di dalam gunung berapi sebagai medium penebat, yang menghalang pemindahan haba antara magma dan suasana.

Penyebaran bunyi

Gas terganggu dan berkembang mengikut gelombang bunyi tanpa menyejukkan atau panas udara yang mengelilinginya.

Kesan foehn

Kesan Foehn adalah contoh proses adiabatik dalam bidang geofizik. Jisim udara naik ke arah bahagian atas gunung di mana mereka mengalami tekanan yang kurang, jadi molekul mereka berkembang dan sejuk, menimbulkan pembentukan awan.

Walau bagaimanapun, mereka hampir tidak turun di seberang gunung, tekanan meningkat dan, oleh itu, molekul dimampatkan dan menaikkan suhu mereka, menyebabkan awan hilang.

Boleh melayani anda: chlorobenzene (c6h5cl)

Dalam video berikut fenomena ini dapat dihargai:

Latihan yang diselesaikan

Akhirnya, beberapa latihan akan diselesaikan. Penting untuk mempunyai persamaan berikut:

Δu = q - w (undang -undang termodinamik pertama)

Tetapi tidak mempunyai pemindahan haba, q = 0 y:

Δu = - w (1)

Ini adalah: jika kerja w positif, Δu negatif, dan sebaliknya. Sebaliknya, kita juga mempunyai:

W = -nC_VΔt (2)

Bahawa selepas menggunakan persamaan gas yang ideal (PV = nRt), dan menggantikan dan menyelesaikan t₂ dan t₁ kita akan mempunyai:

W = (c_V/R) (P₁V₁ - P₂V₂) (3)

Menjadi nilai r sama dengan 0.082 l · atm/mol · k atau 8.314 J/mol · k

Dalam proses adiabatik, penting untuk mengetahui hubungan c_P/C_V dikenali sebagai γ:

γ = c_P/C_V    (4)

Yang membolehkan mewujudkan hubungan T-V dan P-V:

T₁V₁^γ-1 = T₂V₂^γ-1   (5)

P₁V₁^γ = P₂V₂^γ    (6)

Dan juga, anggaran pemanasan c_P dan c_V Mereka berbeza -beza bergantung kepada sama ada gas adalah monoatomik, diatomik, dan lain -lain.

Latihan 1

Gas melakukan 600 j kerja melalui petak terpencil. Apakah perubahan tenaga dalamannya? Adakah suhu menurun atau meningkat? Dan memandangkan ia adalah gas monoatomik, juga mengira γ.

Data:

W = +600j

Δu = ¿?

γ =?

Kerja w adalah positif kerana gas tidak berfungsi di persekitaran. Berada di dalam petak terpencil, q = 0, dan oleh itu kita akan mempunyai persamaan (1):

Δu = - w

Iaitu, ΔU adalah sama dengan:

Δu = - (+600j)

= -600J

Yang bermaksud bahawa tenaga dalaman gas menurun 600 j. Sekiranya ΔU berkurangan, begitu pula suhu, jadi gas sejuk akibat daripada melakukan kerja.

Kerana gas ini monoatomik,

C_V = 3/2 r

C_P = 5/2 r

Dan menjadi

γ = c_P/C_V

= (5/2 R)/(3/2 R)

= 5/3 atau 1.66

Latihan 2

Dalam bekas 7 tahi lalat o₂ Mereka dimampatkan dari jumlah 15 liter hingga 9 liter. Mengetahui bahawa suhu awal adalah 300 k, hitung: kerja yang dilakukan pada gas.

Data:

n = 7 mol atau₂

T₁ = 300 k

V₁ = 15 l

V₂ = 9 l

W = ¿?

Ini adalah pemahaman adiabatik yang tidak dapat dipulihkan. Kami mempunyai dua persamaan untuk menyelesaikan W:

W = -nC_VΔt (2)

W = (c_V/R) (P₁V₁ - P₂V₂) (3)

Tekanan dapat mengira mereka, tetapi untuk menjimatkan masa, lebih baik untuk meneruskan persamaan pertama:

Boleh melayani anda: air suling

W = -nC_VΔt

= -nC_V (T₂-T₁)

Kita perlukan c_V dan t₂ Untuk menentukan w. Oksigen, menjadi gas diatomik, mempunyai c_V sama dengan 5/2 r:

C_V (Sama ada₂) = 5/2 r

= 5/2 (8.314 J/mol · k)

= 20.785 J/mol · k

Kita perlu mengira t₂. Kami beralih kepada persamaan (5):

T₁V₁^γ-1 = T₂V₂^γ-1

Tetapi sebelum menggunakannya, anda perlu menentukan c pertama_P dan γ:

C_P (Sama ada₂) = 7/2 r

= 7/2 (8.314 J/mol · k)

= 29.099 J/mol · k

Menjadi γ sama dengan:

γ = c_P/C_V

= (29.099 J / mol · k) / 20.785 J/mol · k

= 1.4

Jadi, kita dapat membersihkannya₂ Dari Persamaan (5):

T₁V₁^γ-1 = T₂V₂^γ-1

T₂ = (T₁V₁^γ-1) / (V₂^γ-1)

= [(300K) (15L)^1.4-1] / (9L)^1.4-1

= 368.01 k

Dan akhirnya kita menyelesaikannya:

W = -nC_VΔt

= -(7 mol o₂) (dua puluh.785 J/mol · k) (368.01 K - 300 K)

= -9895.11 J o -9.895 kJ

Latihan 3

Bekas neon memperluaskan adiabatik dan pada mulanya pada suhu bilik (t = 298k) dari 12 l hingga 14 l. Mengetahui bahawa tekanan awalnya ialah 3 atm, apa yang akan dilakukan oleh gas?

Data:

T₁ = 298 k

V₁ = 12 l

V₂ = 14 l

P₁ = 3 atm

W = ¿?

Persamaan (3) membolehkan kita menentukan W dengan nilai tekanan:

W = (c_V/R) (P₁V₁ - P₂V₂)

Tetapi kita hilang c_V Dan p₂.

Tekanan akhir boleh dikira dengan persamaan (6):

P₁V₁^γ = P₂V₂^γ

Menjadi γ sama dengan c_P/C_V. Oleh kerana neon adalah gas monoatomik, kami mempunyai nilai c_P dan c_V Masing -masing 5/2r dan 3/2r. Kami mengira kemudian γ:

γ = c_P/C_V

= (5/2R)/(3/2R)

= 5/3 atau 1.66

Kami membersihkan p₂ Dari Persamaan (6):

P₂ = (Ms₁V₁^γ) / V₂^γ

= [(3 atm) (12 l)^5/3] / (14 l)^5/3

= 1.40 atm

Dan kerja akan sama dengan:

W = (c_V/R) (P₁V₁ - P₂V₂)

= (3/2) [(3 atm) (12 l) - (1.40 atm) (14 l)] (101300 PA/1 atm) (0.001 m³/L) (kJ/1000 j)

= 2.49 kJ

Faktor penukaran digunakan untuk menukar l · atm a pa · m³, yang bersamaan dengan 1 j. Gas neon berkembang, jadi tekanannya berkurangan dan, ketika melakukan kerja di persekitaran, ini positif. Juga, tenaga dalamannya ΔU berkurangan, serta suhunya, penyejukan dalam proses pengembangan.

Rujukan

1. Walter J. Moore. (1963). Kimia Fizikal. Dalam kinetik kimia. Edisi keempat, Longmans.
2. Iran. Levine. (2009). Prinsip Fizikokimia. Edisi keenam. MC Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Proses adiabatik. Diperoleh dari: dalam.Wikipedia.org
4. Jones, Andrew Zimmerman. (18 Ogos 2020). Themodynamics: Proses Adiabatik. Pulih dari: Thoughtco.com
5. Devoe Howard & Neils Tom. (9 Ogos 2020). Perubahan adiabatik. Kimia Librettexts. Pulih dari: chem.Libretxts.org