Lekcja

Temat: Energia w przemianach gazowych.

1. Cząsteczki gazu doskonałego oddziałują z sobą jedynie w momentach zderzeń. Dlatego można uznać, że ich energia potencjalna wzajemnych oddziaływań jest równa zero, a co za tym idzie energia wewnętrzna gazu jest właściwie sumą tylko energii kinetycznych cząsteczek.

2. Przemiana izotermiczna.

W czasie przemiany izotermicznej nie zmienia się temperatura gazu, a więc nie zmienia się też średnia energia kinetyczna cząsteczek gazu, a więc nie będzie zmieniać się także energia wewnętrzna gazu (ΔU = 0).

a) izotermiczne sprężanie gazu

I zasadę termodynamiki (ΔU= W+Q) można dla tej przemiany zapisać następująco:

0 = W + Q

↓

W = -Q

Podczas izotermicznego sprężania gaz oddaje do otoczenia ciepło
równe co do wartości pracy wykonanej przy jego sprężaniu.

b) izotermiczne rozprężanie gazu

I zasadę termodynamiki można dla tej przemiany zapisać następująco:

0 = W + Q

↓

Q = -W

Podczas izotermicznego rozprężania gaz pobiera z otoczenia ciepło
równe co do wartości pracy wykonanej podczas rozprężania.

3. Przemiana izochoryczna.

Podczas przemiany izochorycznej nie zmienia się objętość gazu, a więc nie jest wykonywana praca (W = 0)

I zasadę termodynamiki dla tej przemiany można zapisać następująco:

ΔU = Q

Z zapisu tego wynika, że:

Podczas przemiany izochorycznej energia wewnętrzna gazu rośnie
o wartość ciepła dostarczonego do gazu w czasie jego ogrzewania,
zaś w czasie oziębiania maleje o wartość ciepła oddanego do otoczenia.

Ilość ciepła dostarczonego do gazu w czasie izochorycznego ogrzewania można obliczyć za pomocą wzoru:

gdzie:
- ciepło molowe gazu przy stałej objętości

n - liczba moli gazu

ΔT - zmiana temperatury gazu

Ciepło molowe przy stałej objętości jest to wielkość, która określa, ile ciepła należy dostarczyć, aby ogrzać 1 mol gazu o 1K nie zmieniając jego objętości.

[J/(mol^.K)]

4. Przemiana izobaryczna.

a) ogrzewanie izobaryczne

Na skutek dostarczenia ciepła gaz rozszerza się
i wykonuje pracę, jednocześnie rośnie temperatura gazu. Zatem I zasadę termodynamiki można zapisać następująco:

ΔU = Q - W

↓

Q = ΔU + W

Ilość ciepła dostarczonego do gazu w czasie izobarycznego ogrzewania można obliczyć za pomocą wzoru:

gdzie:
- ciepło molowe gazu przy stałym ciśnieniu

n - liczba moli gazu

ΔT - zmiana temperatury gazu

Ciepło molowe przy stałym ciśnieniu jest to wielkość, która określa, ile ciepła należy dostarczyć, aby ogrzać 1 mol gazu o 1K nie zmieniając jego ciśnienia.

[J/(mol^.K)]

Ciepło molowe przy stałym ciśnieniu jest większe od ciepła molowego przy stałej objętości, ponieważ gaz ma się ogrzać o 1 K i dodatkowo wykonać pewną pracę rozprężając się, a więc musimy dostarczyć mu wtedy więcej energii.

Zależność między tymi ciepłami jest następująca:

Wartość pracy wykonanej przez gaz w czasie izobarycznego ogrzewania jest liczbowo równa polu powierzchni pod wykresem przemiany w układzie (p,V).

Można ją obliczyć za pomocą wzoru:

W = p ^. ΔV

b) oziębianie izobaryczne

Kiedy gaz oddaje ciepło do otoczenia maleje jego temperatura (ΔU<0) i objętość - gaz ulega sprężeniu (W>0).

Zatem I zasadę termodynamiki można zapisać następująco:

-ΔU = -Q + W → W= Q - ΔU

5. Przemiana adiabatyczna

a) sprężanie adiabatyczne

W czasie przemiany adiabatycznej gaz nie wymienia ciepła z otoczeniem, a więc Q = 0.

I zasadę termodynamiki dla tej przemiany można zapisać następująco:

ΔU = W

Przyrost energii wewnętrznej gazu równy jest wartości pracy wykonanej nad gazem podczas jego sprężania.

b)rozprężanie adiabatyczne

I zasadę termodynamiki dla tej przemiany można zapisać następująco:

-ΔU = -W

Energia wewnętrzna gazu maleje o wartość wykonanej przez gaz pracy w czasie rozprężania.

---