وقتی یک گاز ایده آل فشرده می شود چه اتفاقی برای دما می افتد؟

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami رهام حسامی

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 2151

سپاس: 3824

جنسیت:

تماس:

وقتی یک گاز ایده آل فشرده می شود چه اتفاقی برای دما می افتد؟

پست توسط rohamjpl »

من نسبتاً در این مورد گیج هستم. من از قانون چارلز می دانم که در فشار ثابت، حجم گاز با دمای مطلق آن نسبت مستقیم دارد، یعنی.
$\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}$
بنابراین، در طول فشرده سازی، دمای گاز کاهش می یابد. اما در Lectures of Physics جلد 1 توسط Feynman نوشته شده است:
فرض کنید که پیستون به سمت داخل حرکت می کند، به طوری که اتم ها به آرامی در فضای کوچکتری فشرده می شوند. وقتی یک اتم به پیستون متحرک برخورد می کند چه اتفاقی می افتد؟ ظاهراً از برخورد سرعت می گیرد. [...] بنابراین اتم‌ها وقتی از پیستون دور می‌شوند «گرم‌تر» از قبل از برخورد با پیستون هستند. بنابراین تمام اتم هایی که در ظرف هستند سرعت بیشتری خواهند گرفت. به این معنی که وقتی گازی را به آرامی فشرده می کنیم، دمای گاز افزایش می یابد.
(فشار مداوم؟) بنابراین، این برخلاف قانون چارلز است. چرا این اتفاق می افتد؟ حق با کیست؟ یا هر دو درست هستند؟ من گیج شدم. کمک.در واقع یک پاسخ ساده برای سوال شما وجود ندارد، به همین دلیل است که شما کمی گیج شده اید. برای اینکه مشکل خود را به طور کامل مشخص کنید، باید دقیقاً مشخص کنید که چگونه و آیا گاز با محیط اطراف خود مبادله گرما می کند و چگونه یا حتی فشرده می شود یا خیر. هنگام استدلال همیشه باید به قانون کامل گاز $P\,V=n\,R\,T$ مراجعه کنید. موقعیت های رایجی که در نظر گرفته می شوند عبارتند از:
قانون چارلز: فشار روی گاز حجمی ثابت است. هیچ کاری توسط گاز روی محیط اطرافش انجام نمی شود و همچنین گاز روی محیط اطراف یا پیستون یا هر چیز دیگری در هنگام تغییر انجام نمی دهد. دمای گاز دمای محیط اطراف آن است. در صورت افزایش/کاهش دمای محیط، گرما به داخل/خارج از گاز منتقل می‌شود و حجم آن افزایش/کوچک می‌شود تا فشار گاز ثابت بماند:$V = n\,R\,T/P$ با ثابت P، می توانید قانون چارلز را بازیابی کنید.
همدما: گاز با انجام کار بر روی آن فشرده/منبسط می شود/به ظرف خود اجازه می دهد تا روی محیط اطراف خود کار کند. شما آن را در داخل یک سیلندر با یک پیستون فکر می کنید. با انجام این کار، گرما از گاز خارج می شود تا دما را ثابت نگه دارد. همانطور که گاز فشرده می شود، کار انجام شده روی آن به صورت افزایش انرژی داخلی نشان داده می شود که برای ثابت نگه داشتن دما باید به محیط اطراف منتقل شود. در دمای ثابت، قانون گاز $P\propto V^{-1}$ می شود.
آدیاباتیک: هیچ حرارتی بین گاز و محیط اطراف آن منتقل نمی شود زیرا فشرده می شود / کار می کند. باز هم به گاز داخل سیلندر با پیستون فکر می کنید. این حالت اولیه ای است که فاینمن در مورد آن صحبت می کند. همانطور که پیستون را فشار می دهید و حجم $V\mapsto V-{\rm d}V$ را تغییر می دهید، کار را $-P\,{\rm d}V$ انجام می دهید. این انرژی با گاز باقی می ماند، بنابراین باید به صورت افزایش انرژی داخلی نشان داده شود، بنابراین دما باید افزایش یابد. یک پمپ لاستیک دوچرخه بگیرید، انگشت خود را روی خروجی بگیرید و با دست دیگرتان آن را محکم و سریع فشار دهید: متوجه خواهید شد که می توانید هوای داخل آن را به میزان قابل توجهی گرم کنید (به آرامی لب های خود را روی دیواره سیلندر قرار دهید تا بالا آمدن را احساس کنید. درجه حرارت). این وضعیت توسط $P\,{\rm d}V = -n\,\tilde{R}\,{\rm d} T$ توصیف شده است. انرژی داخلی با دما و تعداد مولکول های گاز متناسب است و اگر حجم آن افزایش یابد منفی است (در این صورت گاز روی محیط اطراف خود عمل می کند). اما ثابت $\tilde{R}$ با R یکی نیست: به درجات آزادی داخلی بستگی دارد. به عنوان مثال، مولکول های دو اتمی می توانند انرژی ارتعاشی و همچنین انرژی جنبشی را با نوسانات طول پیوندشان ذخیره کنند (شما می توانید تصور کنید که آنها توسط فنرهای الاستیک و ذخیره انرژی کنار هم نگه داشته می شوند). بنابراین، وقتی از قانون گاز برای حذف $P = n\,R\,T/V$ از معادله$P\,{\rm d}V = -n\,\tilde{R}\,{\rm d} T$ استفاده می کنیم، معادله دیفرانسیل را دریافت می کنیم:
$\frac{{\rm d} V}{V} = - \frac{\tilde{R}}{R}\frac{{\rm d} T}{T}$
که ادغام می شود $(\gamma-1)\,\log V = -\log T + \text{const}$ یا$T\,V^{\gamma-1} = \text{const}$ شاخص آدیاباتیک نامیده می شود و نسبت گرمای ویژه گاز در فشار ثابت به گرمای ویژه است. در حجم ثابت$\gamma=\frac{R}{\tilde{R}}+1$
در یک گاز ایده آل هیچ تغییر دما در اثر فشرده شدن یا انبساط وجود ندارد. تنها گازهایی که در دمای اتاق به ایده آل بودن نزدیک می شوند هلیم، هیدروژن و نئون هستند. آنها در واقع با فشرده سازی کمی خنک می شوند و در دمای اتاق گرم می شوند. این را می توان در دمای بسیار پایین معکوس کرد. بیشتر گازهای غیر ایده آل مانند نیتروژن، اکسیژن و دی اکسید کربن در هنگام تراکم گرما و در هنگام انبساط خنک می شوند. با دی اکسید کربن که بیشترین تغییر دما را برای یک تغییر فشار معین دارد. این اثر ژول تامپسون بیشتر به دلیل نیروهای واندروال بین مولکول ها است.اثر ژول-تامسون که به عنوان اثر کلوین-ژول یا اثر ژول-کلوین نیز شناخته می شود، تغییر دمای سیال است که از ناحیه ای با فشار بالاتر به فشار پایین تر جریان می یابد.hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth
semester of aerospace engineering
smile072 smile072 رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضاتصویر
smile260 smile016 :?:
تصویر

ارسال پست