PROSESO NG ISOBARIC: MGA PORMULA, EQUATION, EKSPERIMENTO, EHERSISYO - PISIKAL - 2025

Sa isang isobaric na proseso , ang presyon P ng isang system ay pinananatiling palagi. Ang prefix na "iso" ay nagmula sa Griyego at ginamit upang ipahiwatig na ang isang bagay ay nananatiling pare-pareho, habang ang "baros", din mula sa Griyego, ay nangangahulugang timbang.

Ang mga proseso ng Isobaric ay napaka-pangkaraniwan kapwa sa mga saradong lalagyan at sa mga bukas na lugar, na madaling mahanap ang mga ito sa kalikasan. Sa pamamagitan nito ay nangangahulugan kami na ang mga pagbabago sa pisikal at kemikal sa ibabaw ng lupa o reaksyon ng kemikal sa mga sisidlan na bukas sa kalangitan ay posible.

Larawan 1. Isobaric na proseso: ang asul na pahalang na linya ay isang isobar, na nangangahulugang palagiang presyon. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Ang ilang mga halimbawa ay nakuha sa pamamagitan ng pagpainit ng isang lobo na puno ng hangin sa araw, pagluluto, kumukulo o pagyeyelo ng tubig, ang singaw na nabuo sa mga boiler, o ang proseso ng pagtaas ng isang mainit na lobo ng hangin. Magbibigay kami ng paliwanag sa mga kasong ito mamaya.

Formula at equation

Kumuha tayo ng isang equation para sa isobaric na proseso na ipinapalagay na ang sistema sa ilalim ng pag-aaral ay isang mainam na gas, isang modelo na angkop para sa halos anumang gas na mas mababa sa 3 na atmospheres ng presyon. Ang perpektong mga partikulo ng gas ay gumagalaw nang random, na sinasakop ang buong dami ng puwang na naglalaman ng mga ito nang hindi nakikipag-ugnay sa bawat isa.

Kung ang mainam na gas na nakapaloob sa isang silindro na nilagyan ng isang palipat-lipat na piston ay pinapayagan na mapalawak nang dahan-dahan, maaari itong ipagpalagay na ang mga partikulo nito ay nasa balanse sa lahat ng oras. Pagkatapos ang gas exerts sa piston ng lugar A isang lakas F ng magnitude:

Kung saan ang presyon ng gas. Ang puwersa na ito ay gumagana sa paggawa ng isang infinitesimal displacement dx sa piston na ibinigay ng:

Dahil ang produkto Adx ay isang dami ng pagkakaiba-iba dV, kung gayon dW = pdV. Ito ay nananatiling pagsamahin ang magkabilang panig mula sa paunang dami ng V _A hanggang sa panghuling dami ng V _B upang makuha ang kabuuang gawa na ginawa ng gas:

Kung positibo ang ΔV, lumalawak ang gas at ang kabaligtaran ay nangyayari kapag negatibo ang ΔV. Ang presyon laban sa dami ng graph (PV diagram) ng isobaric na proseso ay isang pahalang na linya na sumali sa mga estado A at B, at ang gawaing ginagawa ay katumbas lamang ng hugis-parihaba na lugar sa ilalim ng curve.

Mga Eksperimento

Ang sitwasyon na inilarawan ay napatunayan sa eksperimento sa pamamagitan ng pag-confine ng isang gas sa loob ng isang silindro na ibinigay ng isang palipat-lipat na piston, tulad ng ipinapakita sa Mga figure 2 at 3. Ang isang bigat ng mass M ay inilalagay sa piston, ang bigat ng kung saan ay nakadirekta pababa, habang ang gas ito ay nagsasagawa ng isang paitaas na lakas salamat sa presyon P na gawa nito sa piston.

Larawan 2. Eksperimento na binubuo ng pagpapalawak ng isang nakakulong na gas sa palaging presyon. Pinagmulan: F. Zapata.

Dahil ang piston ay maaaring ilipat nang malaya, ang lakas ng tunog na nasasakop ng gas ay maaaring magbago nang walang problema, ngunit ang presyon ay nananatiling pare-pareho. Pagdaragdag ng presyon ng atmospheric P _atm , na nagpapalabas din ng pababang lakas, mayroon kami:

Samakatuwid: P = (Mg / A) + P _atm ay hindi nag-iiba, maliban kung M ay mabago at sa gayon ang bigat. Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng init sa silindro, lalawak ang gas sa pamamagitan ng pagtaas ng dami nito o makontrata ito habang tinanggal ang init.

Mga proseso ng Isobariko sa perpektong gas

Ang ideal na equation ng gas ng estado ay nauugnay ang mga variable ng kahalagahan: presyon P, dami V at temperatura T:

Narito n ay kumakatawan sa bilang ng mga moles at R ay ang mainam na palagiang gas (wasto para sa lahat ng mga gas), na kinakalkula sa pamamagitan ng pagpaparami ng patuloy na Boltzmann sa bilang ni Avogadro, na nagreresulta sa:

R = 8.31 J / mol K

Kapag ang presyon ay pare-pareho, ang equation ng estado ay maaaring isulat bilang:

Ngunit ang nR / P ay pare-pareho, dahil n, R, at P ay. Kaya't kung ang sistema ay mula sa estado 1 hanggang estado 2, ang sumusunod na proporsyon ay lumitaw, na kilala rin bilang batas ni Charles:

Larawan 3. Ang hayop na nagpapakita ng pagpapalawak ng gas sa palaging presyon. Sa kanan ang graph ng lakas ng tunog bilang isang function ng temperatura, na kung saan ay isang linya. Pinagmulan: Wikimedia Commons. Glenn Research Center ng NASA.

Ang substituting sa W = PΔV, nakuha namin ang gawaing nagawa upang pumunta mula sa estado 1 hanggang 2, sa mga tuntunin ng constants at ang pagkakaiba-iba ng temperatura, madaling masukat sa isang thermometer:

Nangangahulugan ito na ang pagdaragdag ng isang tiyak na halaga ng init Q sa gas ay nagdaragdag ng panloob na enerhiya ∆U at pinatataas ang mga panginginig ng boses ng mga molekula. Sa ganitong paraan, ang gas ay nagpapalawak at gumagana sa pamamagitan ng paglipat ng piston, tulad ng sinabi namin dati.

Sa isang monatomic ideal na gas at ang pagkakaiba-iba ng panloob na enerhiya ∆U, na kasama ang parehong kinetic enerhiya at ang potensyal na enerhiya ng mga molekula nito, ay:

Sa wakas, pinagsama namin ang mga expression na nakuha namin sa isa:

Bilang kahalili Q ay maaaring isulat muli sa mga tuntunin ng masa m, ang pagkakaiba-iba ng temperatura, at isang bagong pare-pareho na tinatawag na tiyak na init ng gas sa palaging presyon, pinaikling c _{p , na} ang mga yunit ay J / mol K:

Mga halimbawa

Hindi lahat ng mga proseso ng isobaric ay isinasagawa sa mga saradong lalagyan. Sa katunayan, ang hindi mabilang na mga thermodynamic na proseso ng lahat ng uri ay nangyayari sa presyon ng atmospera, kaya ang mga proseso ng isobaric ay napakadalas sa kalikasan. Kasama dito ang mga pagbabago sa pisikal at kemikal sa ibabaw ng Earth, mga reaksyon ng kemikal sa mga sisidlan na bukas sa kapaligiran, at marami pa.

Para sa mga isobaric na proseso na maganap sa mga closed system, ang kanilang mga hangganan ay dapat na sapat na may kakayahang umangkop upang payagan ang mga pagbabago sa dami nang walang iba't ibang presyon.

Ito ang nangyari sa eksperimento ng piston na madaling lumipat habang pinalawak ang gas. Pareho ito sa pamamagitan ng pag-enclect ng isang gas sa isang party na lobo o isang mainit na air balloon.

Narito mayroon kaming ilang mga halimbawa ng mga proseso ng isobaric:

Pakuluan ang tubig at lutuin

Ang kumukulo ng tubig para sa tsaa o pagluluto ng mga sarsa sa bukas na mga lalagyan ay mahusay na mga halimbawa ng mga proseso ng isobaric, dahil ang lahat ay naganap sa presyon ng atmospera.

Habang ang tubig ay pinainit, ang temperatura at pagtaas ng dami at kung ang init ay patuloy na idinagdag, ang punto ng kumukulo ay sa wakas naabot, kung saan ang phase pagbabago ng tubig mula sa likido sa singaw ng tubig ay nangyayari. Habang nangyayari ito, ang temperatura ay nananatiling patuloy sa 100ºC.

I-freeze ang tubig

Sa kabilang banda, ang nagyeyelong tubig ay isa ring proseso ng isobaric, kung maganap ito sa isang lawa sa panahon ng taglamig o sa ref ng bahay.

Ang pag-init ng isang lobo na puno ng hangin sa araw

Ang isa pang halimbawa ng isang proseso ng isobaric ay ang pagbabago sa dami ng isang lobo na napalaki ng hangin kapag naiwan itong nakalantad sa araw. Unang bagay sa umaga, kapag hindi pa masyadong mainit, ang lobo ay may isang tiyak na dami.

Habang lumilipas ang oras at tumataas ang temperatura, kumakalat din ang lobo, pinatataas ang dami at ang lahat ng ito ay nangyayari sa palaging presyon. Ang materyal ng lobo ay isang magandang halimbawa ng isang hangganan na sapat na nababaluktot upang ang hangin sa loob nito, kapag pinainit, ay lumalawak nang hindi binabago ang presyon.

Ang karanasan ay maaari ding isagawa sa pamamagitan ng pag-aayos ng hindi nagbagong lobo sa spout ng isang basong bote na puno ng isang third ng tubig, na pinainit sa isang paliguan ng tubig. Sa sandaling ang tubig ay pinainit, ang lobo ay agad na umuusbong, ngunit dapat alagaan ang pangangalaga na huwag masyadong mag-init upang hindi ito sumabog.

Ang lobo aerostatic

Ito ay isang lumulutang na barko nang walang propulsion, na gumagamit ng mga air currents upang dalhin ang mga tao at mga bagay. Ang lobo ay kadalasang napupuno ng mainit na hangin, na, na mas malamig kaysa sa nakapalibot na hangin, ay tumataas at lumalawak na nagiging sanhi ng pagtaas ng lobo.

Kahit na ang mga alon ng hangin ay nagdidirekta ng lobo, mayroon itong mga burner na isinaaktibo upang mapainit ang gas kung nais mong umakyat o mapanatili ang taas, at na-deactivate kapag bumababa o mag-landing. Ang lahat ng ito ay nangyayari sa presyon ng atmospera, na ipinapalagay na pare-pareho sa isang tiyak na taas na hindi kalayuan sa ibabaw.

Larawan 4. Mainit na air balloon. Pinagmulan: Pixabay.

Mga Boiler

Ang singaw ay nabuo sa mga boiler sa pamamagitan ng pag-init ng tubig at pagpapanatili ng palaging presyon. Ang singaw na ito ay pagkatapos ay nagsasagawa ng kapaki-pakinabang na gawain, halimbawa na bumubuo ng koryente sa mga thermoelectric power halaman o pagpapatakbo ng iba pang mga mekanismo tulad ng mga lokomotibo at mga bomba ng tubig.

Malutas na ehersisyo

Ehersisyo 1

Mayroon kang 40 litro ng gas sa temperatura ng 27 ºC. Hanapin ang pagtaas ng lakas ng tunog kapag ang init ay idinagdag hanggang sa umabot sa 100 ºC.

Solusyon

Ang batas ni Charles ay ginagamit upang matukoy ang pangwakas na dami, ngunit mag-ingat: ang temperatura ay dapat ipahayag sa Kelvin, pagdaragdag lamang ng 273 K sa bawat isa:

27 ºC = 27 + 273 K = 300 K

100 ºC = 100 + 273 K = 373 K

Mula sa:

Sa wakas ang pagtaas ng dami ay V ₂ - V ₁ = 49.7 L - 40 L = 9.7 L.

Mag-ehersisyo 2

Ang isang mainam na gas ay ipinagkaloob ng 5.00 x 10 ³ J ng lakas na gawin 2.00 x 10 ³ J ng trabaho sa paligid nito sa isang isobaric na proseso. Hinihiling nitong hanapin:

a) Ang pagbabago sa panloob na enerhiya ng gas.

b) Ang pagbabago sa lakas ng tunog, kung ngayon ang panloob na enerhiya ay bumababa ng 4.50 x 10 ³ J at 7.50 x 10 ³ J ay pinalayas mula sa system, isinasaalang-alang ang isang palaging presyon ng 1.01 x 10 ⁵ Pa.

Solusyon sa

Ang ∆U = Q - W ay ginagamit at ang mga halagang ibinigay sa pahayag ay nahalili: Q = 5.00 x 10 ³ J at W = 2.00 x 10 ³ J:

Ang pahayag ay nagsasabi na ang panloob na enerhiya ay bumababa, samakatuwid: ∆U = - 4.50 x 10 ³ J. Sinasabi rin sa amin na ang isang tiyak na halaga ng init ay pinatalsik: Q = -7.50 x 10 ³ J. Sa parehong mga kaso, ang pag-sign negatibong kumakatawan sa pagbaba at pagkawala, kung gayon:

Kung saan ang P = 1.01 x 10 ⁵ Pa. Habang ang lahat ng mga yunit ay nasa International System, nagpapatuloy kami upang malutas ang pagbabago sa dami:

Dahil negatibo ang pagbabago ng lakas ng tunog, nangangahulugan ito na bumaba ang lakas ng tunog, iyon ay, kinontrata ang system.

Mga Sanggunian

1. Byjou's. Proseso ng Isobaric. Nabawi mula sa: byjus.com.
2. Cengel, Y. 2012. Thermodynamics. Ika-7 Edition. McGraw Hill.
3. Proseso xyz. Matuto nang higit pa tungkol sa proseso ng isobaric. Nabawi mula sa: 10proceso.xyz.
4. Serway, R., Vulle, C. 2011. Mga Batayang Pangkatangay ng Pisika. Ika-9 Ed. Cengage Learning.
5. Wikipedia. Batas ng Gas. Nabawi mula sa: es.wikipedia.org.