Kur një gaz është i ngjeshur, çfarë ndodh me temperaturën. Ndryshimi i temperaturës së gazit kur ndryshon vëllimi i tij

Në proceset e prodhimit që përfshijnë përdorimin e gazeve (dispersion, përzierje, transport pneumatik, tharje, përthithje, etj.), lëvizja dhe ngjeshja e këtyre të fundit ndodh për shkak të energjisë që u jepet atyre nga makinat, të cilat kanë emrin e përgjithshëm. ngjeshja. Në të njëjtën kohë, produktiviteti i impianteve të kompresimit mund të arrijë dhjetëra mijëra metra kub në orë, dhe presioni varion brenda intervalit 10 -8 -10 3 atm., gjë që çon në një shumëllojshmëri të gjerë të llojeve dhe modeleve të makinave përdoret për lëvizjen, kompresimin dhe rrallimin e gazrave. Makinat e krijuara për të krijuar presione të larta quhen kompresorë, dhe makinat që punojnë për të krijuar një vakum quhen pompa vakum.

Makinat e kompresimit klasifikohen kryesisht sipas dy kritereve: parimit të funksionimit dhe shkallës së ngjeshjes. Raporti i kompresimitështë raporti i presionit përfundimtar të gazit në daljen e makinës R 2 deri në presionin fillestar të hyrjes fq 1 (d.m.th. fq 2 /fq 1).

Sipas parimit të funksionimit, makinat e ngjeshjes ndahen në pistoni, fletë (centrifugale dhe boshtore), rrotulluese dhe jet.

Sipas shkallës së ngjeshjes, ato dallohen:

– kompresorë që përdoren për të krijuar presione të larta, me raport ngjeshjeje R 2 /R 1 > 3;

– ventilatorë gazi që përdoren për lëvizjen e gazrave me rezistencë të lartë të rrjetit të gazsjellësit, ndërsa 3 > fq 2 /fq 1 >1,15;

– tifozët përdoren për të lëvizur sasi të mëdha gazi gjatë fq 2 /fq 1 < 1,15;

– pompa vakum që thithin gaz nga një hapësirë me presion të reduktuar (nën atmosferën) dhe e pompojnë atë në një hapësirë me presion të rritur (mbi atmosferën) ose atmosferike.

Çdo makinë kompresimi mund të përdoret si pompa vakum; vakumet më të thella krijohen nga makinat me piston dhe rrotullues.

Ndryshe nga lëngjet me pika, vetitë fizike të gazeve varen funksionalisht nga temperatura dhe presioni; proceset e lëvizjes dhe të ngjeshjes së gazeve shoqërohen me procese të brendshme termodinamike. Në ndryshime të vogla në presion dhe temperaturë, ndryshimet në vetitë fizike të gazeve gjatë lëvizjes së tyre me shpejtësi të ulëta dhe presione afër atmosferës janë të parëndësishme. Kjo bën të mundur përdorimin e të gjitha dispozitave dhe ligjeve bazë të hidraulikës për t'i përshkruar ato. Megjithatë, kur devijojnë nga kushtet normale, veçanërisht në raportet e larta të kompresimit të gazit, shumë pozicione hidraulike pësojnë ndryshime.

Bazat termodinamike të procesit të kompresimit të gazit

Ndikimi i temperaturës në ndryshimin e vëllimit të gazit në presion konstant, siç dihet, përcaktohet nga ligji Gay-Lussac, d.m.th., kur fq= konst vëllimi i një gazi është drejtpërdrejt proporcional me temperaturën e tij:

Ku V 1 dhe V 2 - vëllimet e gazit, përkatësisht, në temperatura T 1 dhe T 2 e shprehur në shkallën Kelvin.

Marrëdhënia midis vëllimeve të gazit në temperatura të ndryshme mund të përfaqësohet nga marrëdhënia

, (4.1)

Ku V Dhe V 0 – vëllimet përfundimtare dhe fillestare të gazit, m3; t Dhe t 0 – temperatura përfundimtare dhe fillestare e gazit, °C; t– koeficienti relativ i zgjerimit vëllimor, deg. -1.

Ndryshimi i presionit të gazit në varësi të temperaturës:

, (4.2)

Ku R Dhe R 0 – presioni përfundimtar dhe fillestar i gazit, Pa;β R– koeficienti relativ i temperaturës së presionit, gradë. -1.

Masa e gazit M mbetet konstante kur vëllimi i tij ndryshon. Nëse ρ 1 dhe ρ 2 janë dendësia e dy gjendjeve të temperaturës së gazit, atëherë
Dhe
ose
, d.m.th. Dendësia e një gazi në presion konstant është në përpjesëtim të zhdrejtë me temperaturën e tij absolute.

Sipas ligjit Boyle-Mariotte, në të njëjtën temperaturë produkti i vëllimit specifik të gazit v në vlerën e presionit të tij R ka një sasi konstante fqv= konst. Prandaj, në temperaturë konstante
, A
, pra dendësia e gazit është drejtpërdrejt proporcionale me presionin, pasi
.

Duke marrë parasysh ekuacionin Gay-Lussac, mund të marrim një marrëdhënie që lidh tre parametra të një gazi: presionin, vëllimin specifik dhe temperaturën e tij absolute:

. (4.3)

Ekuacioni i fundit quhet Ekuacionet e Clayperon. Në përgjithësi:

ose
, (4.4)

Ku R- konstanta e gazit, e cila përfaqëson punën e bërë për njësi masë të një gazi ideal në një izobarik ( fq= konst) procesi; kur temperatura ndryshon me 1°, konstanta e gazit R ka dimensionin J/(kgdeg):

, (4.5)

Ku l R– puna specifike e ndryshimit të vëllimit të kryer nga 1 kg gaz ideal në presion konstant, J/kg.

Kështu, ekuacioni (4.4) karakterizon gjendjen e një gazi ideal. Në presionin e gazit mbi 10 atm, përdorimi i kësaj shprehje sjell një gabim në llogaritjet ( fqv≠RT), prandaj rekomandohet përdorimi i formulave që përshkruajnë më saktë marrëdhënien midis presionit, vëllimit dhe temperaturës së një gazi real. Për shembull, me ekuacionin van der Waals:

, (4.6)

Ku R= 8314/M– konstante e gazit, J/(kg K); M– masa molekulare e gazit, kg/kmol; A Dhe V - vlerat që janë konstante për një gaz të caktuar.

Sasitë A Dhe V mund të llogaritet duke përdorur parametrat kritikë të gazit ( T cr dhe R cr):

;
. (4.7)

Në presione të larta vlera a/v 2 (presioni shtesë në ekuacionin van der Waals) është i vogël në krahasim me presionin fq dhe mund të neglizhohet, atëherë ekuacioni (4.6) kthehet në ekuacionin e gjendjes së një gazi real Dupre:

, (4.8)

ku eshte vlera V varet vetëm nga lloji i gazit dhe nuk varet nga temperatura dhe presioni.

Në praktikë, diagramet termodinamike përdoren më shpesh për të përcaktuar parametrat e një gazi në gjendjet e tij të ndryshme: T–S(temperaturë-entropi), p–i(varësia e presionit nga entalpia), fq–V(varësia e presionit nga vëllimi).

Figura 4.1 - T–S diagramë

Në diagram T–S(Fig. 4.1) linja AKB paraqet një kurbë kufitare që e ndan diagramin në rajone të veçanta që i korrespondojnë gjendjeve të caktuara fazore të substancës. Rajoni i vendosur në të majtë të kurbës kufitare është faza e lëngshme, dhe në të djathtë është rajoni i avullit të thatë (gazit). Në zonën e kufizuar nga kurba AVK dhe boshti i abshisës, dy faza bashkëjetojnë njëkohësisht - lëngu dhe avulli. Linjë AK korrespondon me kondensimin e plotë të avullit, këtu shkalla e thatësisë x= 0. Linja KV korrespondon me avullimin e plotë, x = 1. Maksimumi i lakores i përgjigjet pikës kritike K, në të cilën të tre gjendjet e materies janë të mundshme. Përveç kurbës kufitare, diagrami tregon linja të temperaturave konstante (izoterm, T= konst) dhe entropia ( S= konst), i drejtuar paralelisht me boshtet e koordinatave, izobaret ( fq= konst), linjat e entalpive konstante ( i= konst). Izobaret në rajonin e avullit të lagësht drejtohen në të njëjtën mënyrë si izotermat; në rajonin e avullit të mbinxehur ata ndryshojnë drejtimin e pjerrët lart. Në rajonin e fazës së lëngshme, izobaret thuajse bashkohen me kurbën kufitare, pasi lëngjet janë praktikisht të pakompresueshëm.

Të gjithë parametrat e gazit në diagram T–S referuar 1 kg gaz.

Meqenëse, sipas përkufizimit termodinamik
, pastaj nxehtësia e ndryshimit të gjendjes së gazit
. Rrjedhimisht, zona nën kurbën që përshkruan ndryshimin e gjendjes së gazit është numerikisht e barabartë me energjinë (nxehtësinë) e ndryshimit të gjendjes.

Procesi i ndryshimit të parametrave të gazit quhet procesi i ndryshimit të gjendjes së tij. Çdo gjendje gazi karakterizohet nga parametra fq,v Dhe T. Gjatë procesit të ndryshimit të gjendjes së gazit, të gjithë parametrat mund të ndryshojnë ose njëri prej tyre mund të mbetet konstant. Kështu, një proces që ndodh në një vëllim konstant quhet izokorik, në presion të vazhdueshëm - izobarike dhe në temperaturë konstante - izotermike. Kur, në mungesë të shkëmbimit të nxehtësisë midis gazit dhe mjedisit të jashtëm (nuk hiqet apo furnizohet nxehtësia), të tre parametrat e gazit ndryshojnë ( p,v,T) V procesi i zgjerimit ose tkurrjes së tij , procesi quhet adiabatike, dhe kur ndryshimet në parametrat e gazit ndodhin me furnizim të vazhdueshëm ose largim të nxehtësisë – politropike.

Me ndryshimin e presionit dhe vëllimit, në varësi të natyrës së shkëmbimit të nxehtësisë me mjedisin, ndryshimi i gjendjes së gazit në makinat e kompresimit mund të ndodhë në mënyrë izotermale, adiabatike dhe politropike.

Në izotermike Në këtë proces, ndryshimi në gjendjen e gazit ndjek ligjin Boyle-Mariotte:

pv = konst.

Në diagram p–v ky proces përshkruhet nga një hiperbolë (Fig. 4.2). Punoni 1 kg gaz l paraqitet grafikisht nga zona e hijezuar, e cila është e barabartë me
, d.m.th.

ose
. (4.9)

Sasia e nxehtësisë që lirohet gjatë ngjeshjes izotermale të 1 kg gaz dhe e cila duhet të hiqet me ftohje në mënyrë që temperatura e gazit të mbetet konstante:

, (4.10)

Ku c v Dhe c R janë kapacitetet termike specifike të gazit në vëllim dhe presion konstant, përkatësisht.

Në diagram T–S procesi i kompresimit izotermik të gazit nga presioni R 1 ndaj presionit R 2 përfaqësohet nga një vijë e drejtë ab, vizatuar midis izobareve R 1 dhe R 2 (Fig. 4.3).


Figura 4.2 – Procesi i ngjeshjes së gazit izotermik në diagram	Figura 4.3 – Procesi i ngjeshjes së gazit izotermik në diagram T–S

Nxehtësia ekuivalente me punën e ngjeshjes përfaqësohet nga zona e kufizuar nga ordinatat ekstreme dhe vija e drejtë ab, d.m.th.

. (4.11)

Figura 4.4 – Proceset e kompresimit të gazit në diagram
:

A – proces adiabatik;

B – procesi izotermik

Meqenëse shprehja për përcaktimin e punës së shpenzuar në procesin e kompresimit izotermik përfshin vetëm vëllimin dhe presionin, atëherë brenda kufijve të zbatueshmërisë së ekuacionit (4.4) nuk ka rëndësi se cili gaz do të kompresohet. Me fjalë të tjera, kompresimi izotermik i 1 m 3 të çdo gazi në të njëjtat presione fillestare dhe përfundimtare kërkon të njëjtën sasi energjie mekanike.

Në adiabatike Në procesin e kompresimit të gazit, një ndryshim në gjendjen e tij ndodh për shkak të një ndryshimi në energjinë e tij të brendshme, dhe rrjedhimisht, temperaturën.

Në formë të përgjithshme, ekuacioni i procesit adiabatik përshkruhet me shprehjen:

, (4.12)

Ku
– indeksi adiabatik.

Grafikisht (Fig. 4.4) ky proces është paraqitur në diagram p–v do të përshkruhet si një hiperbolë më e pjerrët sesa në Fig. 4.2., pasi k> 1.

Nëse pranojmë

, Kjo
. (4.13)

Sepse
Dhe R= konst, ekuacioni që rezulton mund të shprehet ndryshe:

ose
. (4.14)

Me anë të transformimeve të duhura, është e mundur të merren varësi për parametrat e tjerë të gazit:

;
. (4.15)

Kështu, temperatura e gazit në fund të ngjeshjes së tij adiabatike

. (4.16)

Puna e kryer nga 1 kg gaz në kushtet e një procesi adiabatik:

. (4.17)

Nxehtësia e lëshuar gjatë ngjeshjes adiabatike të një gazi është e barabartë me punën e shpenzuar:

Duke marrë parasysh relacionet (4.15), puna për ngjeshjen e gazit gjatë një procesi adiabatik

. (4.19)

Procesi i kompresimit adiabatik karakterizohet nga një mungesë e plotë e shkëmbimit të nxehtësisë midis gazit dhe mjedisit, d.m.th. dQ = 0, a dS = dQ/T, Kjo është arsyeja pse dS = 0.

Kështu, procesi i kompresimit të gazit adiabatik ndodh në entropi konstante ( S= konst). Në diagram T–S ky proces do të përfaqësohet nga një vijë e drejtë AB(Fig. 4.5).

Figura 4.5 – Paraqitja e proceseve të ngjeshjes së gazit në diagram T–S

Nëse gjatë procesit të ngjeshjes nxehtësia e çliruar hiqet në sasi më të vogël se sa është e nevojshme për një proces izotermik (që ndodh në të gjitha proceset reale të ngjeshjes), atëherë puna aktuale e shpenzuar do të jetë më e madhe se gjatë kompresimit izotermik dhe më e vogël se gjatë ngjeshjes adiabatike:

, (4.20)

Ku m- indeksi politropik, k>m> 1 (për ajrin m
).

Vlera e indeksit politropik m varet nga natyra e gazit dhe kushtet e shkëmbimit të nxehtësisë me mjedisin. Në makinat e kompresimit pa ftohje, indeksi politropik mund të jetë më i madh se indeksi adiabatik ( m>k), pra procesi në këtë rast vazhdon përgjatë një rruge superadiabatike.

Puna e shpenzuar për rrallimin e gazeve llogaritet duke përdorur të njëjtat ekuacione si puna për kompresimin e gazeve. I vetmi ndryshim është se R 1 do të jetë më pak se presioni atmosferik.

Procesi i kompresimit politropik presioni i gazit R 1 deri në presion R 2 në Fig. 4.5 do të përshkruhet si një vijë e drejtë AC. Sasia e nxehtësisë së çliruar gjatë ngjeshjes politropike të 1 kg gaz është numerikisht e barabartë me punën specifike të kompresimit:

Temperatura përfundimtare e kompresimit të gazit

. (4.22)

Fuqia, shpenzuara nga makinat e ngjeshjes për ngjeshjen dhe rrallimin e gazeve varet nga performanca e tyre, tiparet e projektimit dhe shkëmbimi i nxehtësisë me mjedisin.

Fuqia teorike e shpenzuar për kompresimin e gazit
, përcaktohet nga produktiviteti dhe puna specifike e kompresimit:

, (4.23)

Ku G Dhe V– produktiviteti masiv dhe vëllimor i makinës, përkatësisht;
- dendësia e gazit.

Prandaj, për procese të ndryshme të kompresimit konsumi teorik i energjisë është:

; (4.24)

; (4.25)

, (4.26)

Ku – produktiviteti vëllimor i makinës së kompresimit, i reduktuar në kushtet e thithjes.

Në fakt, fuqia e konsumuar është më e madhe për një sërë arsyesh, d.m.th. Energjia e konsumuar nga makina është më e lartë se ajo që ajo transferon në gaz.

Për të vlerësuar efektivitetin e makinave me kompresim, përdoret një krahasim i kësaj makine me makinën më ekonomike të së njëjtës klasë.

Makinat frigoriferike krahasohen me makinat që do të kompresonin gazin në mënyrë izotermale në kushte të dhëna. Në këtë rast, efikasiteti quhet izotermik,  nga:

, (4.27)

Ku N– fuqia aktuale e konsumuar nga kjo makinë.

Nëse makinat funksionojnë pa ftohje, atëherë kompresimi i gazit në to ndodh përgjatë një politropi, indeksi i të cilit është më i lartë se indeksi adiabatik ( m k). Prandaj, fuqia e shpenzuar në makina të tilla krahasohet me fuqinë që makina do të shpenzonte gjatë kompresimit të gazit adiabatik. Raporti i këtyre fuqive është efikasiteti adiabatik:

. (4.28)

Duke marrë parasysh fuqinë e humbur nga fërkimi mekanik në makinë dhe duke marrë parasysh efikasitetin mekanik. –  lesh, fuqia në boshtin e makinës së kompresimit:

ose
. (4.29)

Fuqia e motorit llogaritet duke marrë parasysh efikasitetin. vetë motori dhe efikasiteti transmetim:

. (4.30)

Fuqia e instaluar e motorit merret me një diferencë (
):

. (4.31)

Vlera  ferri varion nga 0,930,97  nga, në varësi të shkallës së ngjeshjes, ka një vlerë prej 0,640,78; efikasiteti mekanik varion brenda 0,850,95.

Ne kemi përcaktuar se si presioni i gazit varet nga temperatura nëse vëllimi mbetet i pandryshuar. Tani le të shohim se si presioni i një mase të caktuar gazi ndryshon në varësi të vëllimit që ajo zë nëse temperatura mbetet e pandryshuar. Sidoqoftë, përpara se të kalojmë në këtë çështje, duhet të kuptojmë se si të ruajmë temperaturën e konstantës së gazit. Për ta bërë këtë, është e nevojshme të studiohet se çfarë ndodh me temperaturën e një gazi nëse vëllimi i tij ndryshon aq shpejt sa që praktikisht nuk ka shkëmbim nxehtësie midis gazit dhe trupave përreth.

Le ta bëjmë këtë eksperiment. Në një tub me mure të trasha nga materiali transparent, të mbyllur në njërin skaj, vendosim lesh pambuku të lagur pak me eter dhe kështu do të krijohet një përzierje e avullit të eterit dhe ajrit brenda tubit, i cili shpërthen kur nxehet. Më pas shtyjeni me shpejtësi pistonin e montuar fort në tub. Do të shohim një shpërthim të vogël brenda tubit. Kjo do të thotë që kur përzierja e avullit të eterit dhe ajrit ishte e ngjeshur, temperatura e përzierjes u rrit ndjeshëm. Ky fenomen është mjaft i kuptueshëm. Duke shtypur një gaz me një forcë të jashtme, prodhojmë punë, si rezultat i së cilës duhet të rritet energjia e brendshme e gazit; Kjo është ajo që ndodhi - gazi u nxeh.

Tani le të lejojmë që gazi të zgjerohet dhe të punojë kundër forcave të presionit të jashtëm. Kjo mund të bëhet. Lëreni shishen e madhe të përmbajë ajër të kompresuar në temperaturën e dhomës. Duke komunikuar shishen me ajrin e jashtëm, do t'i japim mundësinë ajrit në shishe të zgjerohet, duke e lënë atë të vogël. vrima nga jashtë dhe vendosni një termometër ose balonë me një tub në rrjedhën e ajrit që zgjerohet. Termometri do të tregojë një temperaturë dukshëm më të ulët se temperatura e dhomës dhe një rënie në tubin e ngjitur në balonë do të shkojë drejt balonës, gjë që do të tregojë gjithashtu një ulje të temperaturës së ajrit në rrjedhë. Kjo do të thotë që kur një gaz zgjerohet dhe në të njëjtën kohë punon, ai ftohet dhe energjia e tij e brendshme zvogëlohet. Është e qartë se ngrohja e një gazi gjatë ngjeshjes dhe ftohja gjatë zgjerimit janë shprehje e ligjit të ruajtjes së energjisë.

Nëse i drejtohemi mikrokozmosit, dukuritë e ngrohjes me gaz gjatë ngjeshjes dhe ftohjes gjatë zgjerimit do të bëhen mjaft të qarta. Kur një molekulë godet një mur të palëvizshëm dhe tërhiqet nga ai, shpejtësia, dhe për rrjedhojë energjia kinetike e molekulës, është mesatarisht e njëjtë me atë përpara se të godiste murin. Por nëse një molekulë godet dhe tërhiqet nga një pistoni që avancon, shpejtësia dhe energjia e saj kinetike janë më të mëdha se përpara se të godiste pistonin (ashtu siç rritet shpejtësia e një topi tenisi kur goditet në drejtim të kundërt me raketë). Pistoni që avancon transferon energji shtesë në molekulën e reflektuar prej tij. Prandaj, energjia e brendshme e një gazi rritet gjatë ngjeshjes. Kur tërhiqet nga pistoni që tërhiqet, shpejtësia e molekulës zvogëlohet, sepse molekula funksionon duke shtyrë pistonin që tërhiqet. Prandaj, zgjerimi i gazit i shoqëruar me tërheqjen e pistonit ose shtresave të gazit rrethues shoqërohet me punë dhe çon në një ulje të energjisë së brendshme të gazit.
Pra, ngjeshja e një gazi nga një forcë e jashtme shkakton ngrohjen e tij dhe zgjerimi i gazit shoqërohet me ftohjen e tij. Kjo dukuri ndodh gjithmonë deri në një farë mase, por e vërej veçanërisht ashpër kur shkëmbimi i nxehtësisë me trupat përreth minimizohet, sepse një shkëmbim i tillë, në një masë më të madhe ose më të vogël, mund të kompensojë ndryshimin e temperaturës.

Proceset në të cilat transferimi i nxehtësisë është aq i papërfillshëm sa mund të neglizhohet quhen adiabatike.

Le të kthehemi te pyetja e shtruar në fillim të kapitullit. Si të sigurohet temperatura konstante e gazit pavarësisht ndryshimeve në vëllimin e tij? Natyrisht, për ta bërë këtë, është e nevojshme që vazhdimisht të transferohet nxehtësia në gaz nga jashtë nëse ai zgjerohet, dhe të largohet vazhdimisht nxehtësia prej tij, duke e transferuar atë në trupat përreth nëse gazi është i ngjeshur. Në veçanti, temperatura e gazit mbetet mjaft konstante nëse zgjerimi ose ngjeshja e gazit është shumë e ngadaltë dhe transferimi i nxehtësisë nga jashtë ose jashtë mund të ndodhë me shpejtësi të mjaftueshme. Me zgjerim të ngadalshëm, nxehtësia nga trupat përreth transferohet në gaz dhe temperatura e tij ulet aq pak sa kjo ulje mund të neglizhohet. Me ngjeshje të ngadaltë, nxehtësia, përkundrazi, transferohet nga gazi në trupat përreth, dhe si rezultat temperatura e tij rritet vetëm në mënyrë të papërfillshme.

Proceset në të cilat temperatura mbahet konstante quhen izotermale.

Kur kemi të bëjmë jo me gaz, por me trup të ngurtë ose të lëngët, nuk kemi në dispozicion metoda të tilla të drejtpërdrejta për përcaktimin e shpejtësisë së molekulave të trupit. Megjithatë, edhe në këto raste nuk ka dyshim se me rritjen e temperaturës rritet shpejtësia e lëvizjes së molekulave.

Ndryshimi i temperaturës së gazit kur ndryshon vëllimi i tij. Proceset adiabatike dhe izotermike.

Pra, ngjeshja e një gazi nga një forcë e jashtme shkakton ngrohjen e tij dhe zgjerimi i gazit shoqërohet me ftohjen e tij. Kjo dukuri ndodh gjithmonë deri në një farë mase, por e vërej veçanërisht ashpër kur shkëmbimi i nxehtësisë me trupat përreth minimizohet, sepse një shkëmbim i tillë, në një masë më të madhe ose më të vogël, mund të kompensojë ndryshimin e temperaturës.

Proceset në të cilat transferimi i nxehtësisë është aq i papërfillshëm sa mund të neglizhohet quhen adiabatike.

Proceset në të cilat temperatura mbahet konstante quhen izotermale.

Ligji i Boyle - Mariotte

Tani le të kalojmë në një studim më të detajuar të pyetjes se si ndryshon presioni i një mase të caktuar gazi nëse temperatura e tij mbetet e pandryshuar dhe vetëm vëllimi i gazit ndryshon. Ne kemi zbuluar tashmë se një proces i tillë izotermik kryhet me kusht që temperatura e trupave që rrethojnë gazin të jetë konstante dhe vëllimi i gazit të ndryshojë aq ngadalë saqë temperatura e gazit në çdo moment të procesit nuk ndryshojnë nga temperatura e trupave përreth.

Kështu shtrojmë pyetjen: si lidhen vëllimi dhe presioni me njëri-tjetrin gjatë një ndryshimi izotermik të gjendjes së një gazi? Përvoja e përditshme na mëson se kur vëllimi i një mase të caktuar gazi zvogëlohet, presioni i tij rritet. Një shembull është rritja e elasticitetit kur fryhet një top futbolli, biçiklete ose goma e makinës. Shtrohet pyetja: si rritet saktësisht presioni i një gazi me një ulje të vëllimit nëse temperatura e gazit mbetet e pandryshuar?

Përgjigja për këtë pyetje u dha nga kërkimet e kryera në shekullin e 17-të nga fizikani dhe kimisti anglez Robert Boyle (1627-1691) dhe fizikani francez Eden Marriott (1620-1684).

Eksperimentet që vendosin marrëdhënien midis vëllimit dhe presionit të një gazi mund të riprodhohen: në një stendë vertikale të pajisur me ndarje, ka tuba qelqi A dhe B, të lidhur me një tub gome C. Merkuri derdhet në tuba. Tubi B është i hapur në krye dhe tubi A ka një rubinet. Le ta mbyllim këtë valvul, duke mbyllur kështu një masë të caktuar ajri në tubin A. Për sa kohë që nuk i lëvizim tubat, niveli i merkurit në të dy tubat është i njëjtë. Kjo do të thotë se presioni i ajrit të bllokuar në tubin A është i njëjtë me presionin e ajrit përreth.

Le ta ngremë ngadalë tubin B. Do të shohim që merkuri në të dy tubat do të rritet, por jo në mënyrë të barabartë: në tubin B niveli i merkurit do të jetë gjithmonë më i lartë se në A. Nëse ulim tubin B, atëherë niveli i merkurit në të dy bërrylat zvogëlohet, por në tubin B ulja është më e madhe se në A.

Vëllimi i ajrit të bllokuar në tubin A mund të llogaritet me ndarjet e tubit A. Presioni i këtij ajri do të ndryshojë nga presioni atmosferik nga presioni i kolonës së merkurit, lartësia e së cilës është e barabartë me diferencën në nivelet e merkurit në tuba A dhe B. Kur. Ndërsa tubi ngrihet, presioni i kolonës së merkurit i shtohet presionit atmosferik. Vëllimi i ajrit në A zvogëlohet. Kur tubi B ulet, niveli i merkurit në të është më i ulët se në A, dhe presioni i kolonës së merkurit zbritet nga presioni atmosferik; vëllimi i ajrit në A rritet në përputhje me rrethanat.

Le të bëjmë këtë eksperiment. Në një tub me mure të trasha prej materiali transparent (pleksiglas ose xhami), të mbyllur në njërin skaj, vendosim lesh pambuku të lagur pak me eter dhe kështu do të krijohet një përzierje e avullit të eterit dhe ajrit brenda tubit, i cili shpërthen kur nxehet. . Më pas shtyni me shpejtësi një piston të montuar fort në tub (Fig. 378). Do të shohim një shpërthim të vogël brenda tubit. Kjo do të thotë që kur përzierja e avullit të eterit dhe ajrit ishte e ngjeshur, temperatura e përzierjes u rrit ndjeshëm. Ky fenomen është mjaft i kuptueshëm. Duke shtypur një gaz me një forcë të jashtme, prodhojmë punë, si rezultat i së cilës duhet të rritet energjia e brendshme e gazit; Kjo është ajo që ndodhi - gazi u nxeh.

Oriz. 378. Duke e shtyrë me shpejtësi pistonin në një tub qelqi me mure të trasha, ne bëjmë që leshi i pambukut shumë i ndezshëm brenda tubit të ndizet.

Tani le t'i japim gazit mundësinë të zgjerohet dhe të punojë kundër forcave të presionit të jashtëm. Kjo mund të bëhet, për shembull, kështu (Fig. 379). Lëreni shishen e madhe të përmbajë ajër të kompresuar në temperaturën e dhomës. Le t'i japim mundësinë ajrit në shishe të zgjerohet, duke dalë nga një vrimë e vogël në pjesën e jashtme, dhe të vendosim një termometër ose një balonë me një tub në rrjedhën e ajrit në zgjerim, të treguar në Fig. 384. Termometri do të tregojë një temperaturë më të ulët se temperatura e dhomës dhe një rënie në tubin e lidhur me balonën do të rrjedhë drejt balonës, gjë që do të tregojë gjithashtu një ulje të temperaturës së ajrit në rrjedhë. Kjo do të thotë se kur një gaz zgjerohet dhe në të njëjtën kohë punon, ai ftohet dhe energjia e tij e brendshme zvogëlohet). Është e qartë se ngrohja e një gazi gjatë ngjeshjes dhe ftohja gjatë zgjerimit janë shprehje e ligjit të ruajtjes së energjisë.

Oriz. 379. Termometri 2, i vendosur në një rrjedhë ajri në zgjerim, tregon një temperaturë më të ulët se termometri 1

Pra, ngjeshja e një gazi nga një forcë e jashtme shkakton ngrohjen e tij dhe zgjerimi i gazit shoqërohet me ftohjen e tij. Ky fenomen ndodh gjithmonë në një farë mase, por është veçanërisht i dukshëm kur shkëmbimi i nxehtësisë me trupat përreth minimizohet, sepse një shkëmbim i tillë mund të kompensojë ndryshimet e temperaturës në një masë më të madhe ose më të vogël. Proceset në të cilat nuk ka shkëmbim nxehtësie me mjedisin e jashtëm quhen adiabatike.

Le të kthehemi te pyetja e parashtruar në fillim të paragrafit. Si të sigurohet temperatura konstante e gazit pavarësisht ndryshimeve në vëllimin e tij? Natyrisht, për ta bërë këtë, është e nevojshme që vazhdimisht të transferohet nxehtësia në gaz nga jashtë nëse ai zgjerohet, dhe të largohet vazhdimisht nxehtësia prej tij, duke e transferuar atë në trupat përreth nëse gazi është i ngjeshur. Në veçanti, temperatura e gazit mbetet pothuajse konstante nëse zgjerimi ose ngjeshja e gazit është shumë e ngadaltë, dhe shkëmbimi i nxehtësisë me mjedisin e jashtëm ndodh mjaft shpejt. Me zgjerim të ngadalshëm, nxehtësia nga trupat përreth transferohet në gaz dhe temperatura e tij ulet aq pak sa kjo ulje mund të neglizhohet. Me ngjeshje të ngadaltë, nxehtësia, përkundrazi, transferohet nga gazi në trupat përreth, dhe si rezultat temperatura e tij rritet vetëm në mënyrë të papërfillshme. Proceset në të cilat temperatura mbahet konstante quhen izotermale.

Artikulli i mëparshëm: Sa është shpejtësia e dritës Artikulli vijues: Lëkundjet harmonike Formula e fizikës së frekuencës së lëkundjeve

Kur një gaz është i ngjeshur, çfarë ndodh me temperaturën. Ndryshimi i temperaturës së gazit kur ndryshon vëllimi i tij

Bazat termodinamike të procesit të kompresimit të gazit