3. Понятие твердого вещества

В твердом теле атомы или молекулы могут лишь колебаться вокруг определенных положений равновесия. Поэтому твердые тела сохраняют и форму, и объем. У кристаллических твердых тел центры атомов (молекул) образуют пространственную решетку, в узлах которой находятся атомы вещества. Аморфные твердые тела не обладают жесткой структурой и скорее напоминают застывшие жидкости.

Переход вещества из твердого состояния в жидкое называется плавлением. Обратный процесс называется отвердеванием. Температура, при которой вещество плавится (отвердевает), называется температурой плавления (отвердевания) вещества. Температура плавления и отвердевания для данного вещества при одинаковых условиях одинакова. При плавлении (отвердевании) температура вещества не меняется. Однако это не значит, что в процессе плавления к телу не надо подводить энергию. Опыт показывает, что если подача энергии путем теплообмена прекращается, то прекращается и процесс плавления. При плавлении подводимая к телу теплота идет на уменьшение связей между частицами вещества, т.е. на разрушение кристаллической решетки. При этом возрастает энергия взаимодействия между частицами. Небольшая же часть теплоты при плавлении расходуется на совершение работы по изменению объема тела, так как у большинства веществ при плавлении объем возрастает. В процессе плавления к телу подводится некоторое количество теплоты, которая называется теплотой плавления. Теплота плавления пропорциональна массе расплавившегося вещества. Величина (ламбда) называется удельной теплотойплавления вещества. Удельная теплота плавления показывает, какое количество теплоты необходимо, чтобы расплавить единицу массы данного вещества при температуре плавления. Она измеряется в Дж/кг, кДж/кг. Кибец И. Н., Кибец В.И. Физика. Справочник. - Харьков: Фолио ; Ростов н/Д : Феникс, 2003.-177с.

Равномерное движение – это движение с постоянной скоростью, то есть когда скорость не изменяется (v = const) и ускорения или замедления не происходит (а = 0).

Прямолинейное движение – это движение по прямой линии, то есть траектория прямолинейного движения – это прямая линия.

Равномерное прямолинейное движение – это движение, при котором тело за любые равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения. Например, если мы разобьём какой-то временной интервал на отрезки по одной секунде, то при равномерном движении тело будет перемещаться на одинаковое расстояние за каждый из этих отрезков времени.

Скорость равномерного прямолинейного движения не зависит от времени и в каждой точке траектории направлена также, как и перемещение тела. То есть вектор перемещения совпадает по направлению с вектором скорости. При этом средняя скорость за любой промежуток времени равна мгновенной скорости:

vcp = v

Скорость равномерного прямолинейного движения – это физическая векторная величина, равная отношению перемещения тела за любой промежуток времени к значению этого промежутка t:

= / t

Таким образом, скорость равномерного прямолинейного движения показывает, какое перемещение совершает материальная точка за единицу времени.

Перемещение при равномерном прямолинейном движении определяется формулой:

= • t

Пройденный путь при прямолинейном движении равен модулю перемещения. Если положительное направление оси ОХ совпадает с направлением движения, то проекция скорости на ось ОХ равна величине скорости и положительна:

vx = v, то есть v > 0

Проекция перемещения на ось ОХ равна:

s = vt = x – x0

где x0 – начальная координата тела, х – конечная координата тела (или координата тела в любой момент времени)

Уравнение движения, то есть зависимость координаты тела от времени х = х(t), принимает вид:

х = x0 + vt

Если положительное направление оси ОХ противоположно направлению движения тела, то проекция скорости тела на ось ОХ отрицательна, скорость меньше нуля (v < 0), и тогда уравнение движения принимает вид:

х = x0 – vt

На предыдущих уроках мы познакомились с двумя способами описания прямолинейного равномерного движения – координатным и графическим. Они связаны между собой, так как описывают одно и то же движение. Если задан один из способов описания, например, координатный, то по заданному уравнению можно построить и график зависимости координаты и проекции скорости от времени. Существует и обратная возможность записи уравнения движения по известным графикам зависимости координаты и проекции скорости от времени.

Взаимосвязь между различными способами описания прямолинейного равномерного движения можно изобразить на следующей схеме.

(Показать на экране с помощью кодоскопа рисунок 1).

Движение тела по окружности с постоянной по модулю скоростью — это движение, при котором тело за любые равные промежутки времени описывает одинаковые дуги.

Положение тела на окружности определяется радиусом-вектором , проведенным из центра окружности. Модуль радиуса-вектора равен радиусу окружности R (рис. 1).

Движение по окружности с постоянной по модулю скоростью

Криволинейное движение – движение, траекторией которого является кривая линия. Вектор скорости в любой точке направлен по касательной к траектории. Любой участок криволинейного движения приближённо можно представить в виде дуги окружности.

В школьном курсе физики и на ЕГЭ таких сложных траекторий не будет, только движение по окружности. В задачах высокой сложности (раздел С) может быть переход от одного вида движения к другому: шарик катится по прямой и попадает в дугообразный желоб. Или, разогнавшись по дугообразной траектории, вылетает под углом к горизонту. В таких задачах надо рассмотреть каждый участок траектории отдельно.

Движение по окружности с постоянной по модулю скоростью – простейший вид криволинейного движения. Это движение с переменным ускорением.

• Траектория движения – окружность.

• Вектор скорости всегда направлен по касательной к окружности. Величина скорости постоянная, направление скорости всё время меняется.

• Ускорение при движении по окружности называют центростремительным.

Оно всегда, в каждой точке, направлено к центру окружности.

Центростремительное ускорение не меняет модуля скорости, но изменяет направление скорости.

Частота вращения

Частота вращения — это физическая величина, равная числу полных оборотов за единицу времени. Единица частоты вращения — секунда в минус первой степени (с−1, s−1), оборот в секунду. Часто используются такие единицы, как оборот в минуту, оборот в час и т. д.

Равномерное движение по окружности интересно тем, что скорость движущейся точки остается постоянной по величине, изменяясь при этом по направлению. Скорость изменения угла вектора скорости относительно оси координат постоянна. То же самое можно сказать относительно радиуса-вектора, проведенного из оси вращения к вращающейся точке. Эта скорость называется угловой скоростью.

Равномерное движение по окружности характеризуется несколькими взаимосвязанными величинами:

Частота вращения. Обычно обозначается латинской буквой "n" или греческой буквой "?". Эта величина говорит о том, сколько оборотов в единицу времени делает тело. Например, сколько оборотов в секунду, или в минуту, или в час и т.д.

Период вращения чаще всего обозначается латинской буквой "T". Это время одного оборота вокруг оси.

Линейная скорость вращения, обозначается обычно латинской буквой "v". Это скорость, с которой тело движется по окружности. Вектор линейной скорости направлен по касательной к окружности вращения. Он перпендикулярен радиусу окружности вращения.

Угловая скорость вращения обычно обозначается греческой буквой "?". Это величина, показывающая, на какой угол поворачивается радиус-вектор (или вектор скорости) за единицу времени. Обычно измеряется в радианах в секунду.

Формулы для решения:

Частота вращения.

Где N - количество оборотов, t - время, за которое они совершились.

Центростремительное ускорение — часть полного ускорения точки, обусловленного кривизной траектории и скоростью движения по ней материальной точки. Такое ускорение направлено к центру кривизны траектории, чем и обусловлен термин. Формально и по существу термин центростремительное ускорение в целом совпадает с термином нормальное ускорение, различаясь скорее лишь стилистически (иногда исторически)[1].

Особенно часто о центростремительном ускорении говорят, когда речь идет о равномерном движении по окружности или при движения, более или менее приближенном к этому частному случаю.

Нормальное ускорение, составляющая ускорения точки при криволинейном движении, направленная по главной нормали к траектории в сторону центра кривизны; Н. у. называется также центростремительным ускорением. Численно Н. у. равно v2/r, где v — скорость точки, r — радиус кривизны траектории. При движении по окружности Н. у. может вычисляться по формуле rw2, где r — радиус окружности, w— угловая скорость вращения этого радиуса. В случае прямолинейного движения Н. у. равно нулю.

ИДЕА́ЛЬНЫЙ ГАЗ, теоретическая модель газа; в которой пренебрегают размерами частиц газа, не учитывают силы взаимодействия между частицами газа, предполагая, что средняя кинетическая энергия частиц много больше энергии их взаимодействия, и считают, что столкновения частиц газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие.

Существуют модель классического идеального газа, свойства которого описываются законами классической физики, и модель квантового идеального газа, подчиняющегося законам квантовой механики. Обе модели идеального газа справедливы для реальных классических и квантовых газов при достаточно высоких температурах и разряжениях.

Атомы и молекулы, взаимодействую друг с другом, образуют разнообразные вещества (системы). Если число частиц невелико (десятки, сотни), то мы имеем микросистему. Если число частиц системы во много раз больше (миллионы и более), то такую систему называют макросистемой. Например, газ, состоящий из очень большого числа молекул — это макросистема. Большое число частиц системы приводит к появлению у нее новых свойств, которыми отдельные частицы не обладают. Например, давление газа есть результат непрерывного действия всех молекул на стенки сосуда, хотя не каждая молекула сталкивается со стенками. Для описания состояния макросистемы вводят параметры, которые называются параметрами состояния. Различают микропараметры и макропараметры состояния.

Микропараметры — это параметры, характеризующие отдельную частицу. Например, масса молекулы, ее скорость, энергия.

Макропараметры — это параметры, характеризующие систему в целом. Например, объем V, давление p, средняя скорость молекул , температура T, концентрация n и т.д. Значения этих параметров могут быть установлены с помощью измерительных приборов.

Объем газа V — это объем сосуда, в котором газ находится. В Си измеряется в м3. Часто используется несистемная единица измерения 1 литр: 1 л = 10-3 м3.

Давление р — скалярная физическая величина, равная отношению силы F к значению площади S площадки, на которую эта сила действует: . Газ оказывает давление вследствие столкновений молекул со стенками сосуда. В Си единица давления 1 Н/м2 = 1 Па (Паскаль). Внесистемные единицы измерения — 1 мм.рт.ст и 1 атмосфера. Нормальное давление равно одной физической атмосфере. 1 физическая атмосфера = 1 атм = 760 мм.рт.ст, 1 техническая атмосфера = 1 ат = 736 мм.рт.ст. 1 мм.рт.ст. = 133Па.

Более строгое определение давления: давление р — скалярная физическая величина, равная отношению проекции силы на направление нормали к площадке, на которую сила действует, к значению площади этой площади.

Концентрация молекул n — это число молекул N в единице объема, т.е. . Измеряется в 1/м3 = м–3.

Температура — скалярная физическая величина, характеризующий степень нагретости тела.

По шкале Цельсия температура обозначается буквой t, измеряется в градусах Цельсия (ºС). За 1 ºС принята одна сотая промежутка от температуры плавления льда (0 ºС) до температуры кипения воды (100 ºС).

Абсолютная температурная шкала — шкала температур, в которой за начало отсчета принят абсолютный нуль. Температура здесь обозначается буквой T, измеряется в кельвинах (К). За единицу измерения в этой шкале принят один градус Цельсия, т.е. изменение на один кельвин (1 К) равно изменению на один градус Цельсия.

T = (t + 273) К или t = (T – 273) ºС,

где T — абсолютная термодинамическая температура (К); t — температура по шкале Цельсия (ºС).

Идеальный газ

Рассмотрим свойства газов на основе МКТ. Для этого введем физическую модель идеального газа, в которой приняты следующие допущения:

1) размеры молекул малы по сравнению со средним расстоянием между ними; молекулы можно принимать за материальные точки;

2) силы притяжения между молекулами не учитываются, а силы отталкивания возникают только при соударениях;

3) молекулы сталкиваются друг с другом как абсолютно упругие шары, движение которых описывается законами механики.

Таким образом, идеальным называется газ, в котором можно пренебречь собственным объемом молекул и межмолекулярным взаимодействием (кроме столкновений).

При небольших давлениях и не очень низких температурах реальные газы близки к идеальному газу. Например, водород, кислород при нормальных условиях в атмосфере можно рассматривать как идеальные газы. При высоких давлениях молекулы газа находятся так близко, что между ними возникают заметные силы взаимодействия. Пренебречь их собственным объемом нельзя, и газ уже не является идеальным.

Механическое движение – это изменение положения тела в пространстве относительно других тел. Например, автомобиль движется по дороге. В автомобиле находятся люди. Люди движутся вместе с автомобилем по дороге. То есть люди перемещаются в пространстве относительно дороги. Но относительно самого автомобиля люди не движутся. В этом проявляется относительность механического движения.

Все тела во Вселенной движутся, поэтому не существует тел, которые находятся в абсолютном покое. По той же причине определить движется тело или нет, можно только относительно какого-либо другого тела.

Например, автомобиль движется по дороге. Дорога находится на планете Земля. Дорога неподвижна. Поэтому можно измерить скорость автомобиля относительно неподвижной дороги. Но дорога неподвижна относительно Земли. Однако сама Земля вращается вокруг Солнца. Следовательно, дорога вместе с автомобилем также вращается вокруг Солнца. Следовательно, автомобиль совершает не только поступательное движение, но и вращательное (относительно Солнца). А вот относительно Земли автомобиль совершает только поступательное движение. В этом проявляется относительность механического движения.

Относительность механического движения – это зависимость траектории движения тела, пройденного пути, перемещения и скорости от выбора системы отсчёта.

Система отсчёта

Система отсчёта в механике, совокупность системы координат и часов, связанных с телом, по отношению к которому изучается движение (или равновесие) каких-нибудь других материальных точек или тел. Любое движение является относительным, и движение тела следует рассматривать лишь по отношению к какому-либо другому телу (телу отсчёта) или системе тел. Нельзя указать, например, как движется Луна воооще, можно лишь определить её движение по отношению к Земле или Солнцу и звёздам и т. д.

Математически движение тела (или материальной точки) по отношению к выбранной С. о. описывается уравнениями, которые устанавливают, как изменяются с течением времени t координаты, определяющие положение тела (точки) в этой С. о. Например, в декартовых координатах х, у, г движение точки определяется уравнениями Х = f1(t), у = f2(t), Z = f3(t), называются уравнениями движения (подробнее см. в ст. Кинематика).

Выбор С. о. зависит от целей исследования. При кинематических исследованиях все С. о. равноправны. В задачах динамики преимущественную роль играют инерциальные системы отсчёта, по отношению к которым дифференциальные уравнения движения имеют обычно более простой вид.

Простейшим видом механического движения является движение тела вдоль прямой линии с постоянной по модулю и направлению скоростью. Такое движение называется равномерным. При равномерном движении тело за любые равные промежутки времени проходит равные пути.

Среди разнообразных движений часто встречаются такие, при которых тело проходит равные отрезки пути за любые равные промежутки времени. Такие движения называют равномерными. Например, на длинном ровном перегоне поезд движется равномерно; удары колес о стыки рельсов слышны через равные промежутки времени; километровые столбы (или телеграфные столбы, устанавливаемые примерно на равных расстояниях друг от друга) проходят мимо окна также через одинаковые промежутки времени. Равномерно движется автомобиль на прямом участке пути при неизменной работе мотора, конькобежец или бегун на середине дистанции. Другими примерами равномерного движения могут служить падение капель дождя, всплывание мелких пузырьков газа в стакане газированной воды, падение парашютиста с раскрытым парашютом и т. д.

Ускорение, векторная величина, характеризующая быстроту изменения скорости точки по её численному значению и по направлению. При прямолинейном движении точки, когда её скорость u возрастает (или убывает) равномерно, численно У. , где – приращение скорости за промежуток времени . В общем случае вектор У. равен первой производной от вектора скорости uпо времени: ; он направлен в сторону вогнутости траектории точки и лежит в соприкасающейся плоскости.

Ускорение - , величина, характеризующая быстроту изменения вектора скорости точки по его численному значению и направлению. При прямолинейном движении среднее ускорение равно отношению приращения скорости ?v к промежутку времени ?t, за который это приращение произошло: ? = ?v/?t. Ускорение прямо пропорционально силе, действующей на точку, и обратно пропорционально массе точки. Ускорение - вектор, направление которого совпадает с направлением вектора силы. При криволинейном движении ускорение точки слагается из касательного и нормального ускорений.

Мгновенная скорость.

Мгновенная скорость - предел средней скорости за бесконечно малый промежуток времени. Мгновенная скорость направлена по касательной к траектории движения в данной точке траектории.

сли движение равномерно, то его мгновенная скорость в любой момент времени равна скорости этого равномерного движения: мгновенная скорость равномерного движения постоянна. Мгновенная же скорость неравномерного движения есть переменная величина, принимающая различные значения в разные моменты времени. Из сказанного ясно, что мгновенную скорость можно считать изменяющейся во все время движения непрерывно, так что график пути можно изобразить плавной линией (рис. 29); мгновенная скорость в каждый момент будет определяться наклоном касательной к кривой в соответственной точке.

Молекулярно-кинетическая теория (сокращённо МКТ) — теория XIX века, рассматривавшая строение вещества, в основном газов, с точки зрения трёх основных приближенно верных положений:

все тела состоят из частиц: атомов, молекул и ионов;

частицы находятся в непрерывном хаотическом движении (тепловом);

частицы взаимодействуют друг с другом путём абсолютно упругих столкновений.

Основное уравнение МКТ

, где k является постоянной Больцмана (отношение универсальной газовой постоянной R к числу Авогадро NA), i — число степеней свободы молекул (i = 3 в большинстве задач про идеальные газы, где молекулы предполагаются сферами малого радиуса, физическим аналогом которых могут служить инертные газы), а T - абсолютная температура.

Основное уравнение МКТ связывает макроскопические параметры (давление, объём, температура) газовой системы с микроскопическими (масса молекул, средняя скорость их движения).

Средняя скорость

Средняя скорость – не самое сложное понятие в кинематике. Однако для многих учащихся простота этого понятия оказывается обманчивой.

Известно, что средняя скорость – это величина, равная отношению пути, пройденного телом, ко времени, за которое пройден этот путь: Краткость и простота определения скрывают от некоторых учеников важные для решения задач вопросы и ответы на них.

1. Какое время следует учитывать при расчете средней скорости, если тело в пути делало остановки?

В определении указано: “...ко времени, за которое пройден этот путь”, то есть ко всему промежутку времени с момента, когда тело тронулось в этот путь (представьте, что Вы включили секундомер), до момента, когда тело преодолело этот путь (только в этот момент Вы останавливаете секундомер!). О том, что время на остановки не следует учитывать, в определении ничего не сказано (поэтому секундомер на промежуточных остановках не выключайте!). Таким образом, при расчете средней скорости следует учитывать всё время, которое ушло на преодоление пути (в том числе и время, потраченное на остановки).

Что такое Путь ?

В современной физике понятие Путь определяется как Длина части траектории между начальным и конечным положением точки.

Уравнение состояния идеального газа (иногда уравнение Клапейрона или уравнение Клапейрона — Менделеева) — формула, устанавливающая зависимость между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой идеального газа. Уравнение имеет вид:

где

— давление,

— молярный объём,

— универсальная газовая постоянная

— абсолютная температура,К.

Объединенный газовый закон

Объединяя законы Бойля - Мариотта и Гей-Люссака (уравнения 1 и 2), можно получить следующее уравнение:

(3)

которое является математическим выражением объединенного газового закона, или закона состояния газов. Он позволяет вычислить, например, объем газа при определенных температуре и давлении, если известен его объем при других значениях температуры и давления.

Объединенный газовый закон можно также записать в другой форме:

Точное значение постоянной в правой части этого уравнения зависит от количества газа. Если количество газа равно одному молю (см. гл. 4), то соответствующая постоянная обозначается буквой R и называется молярная газовая постоянная, или просто газовая постоянная. Если давление выражено в атмосферах, постоянная R имеет значение

R = 8,314 Дж*К* моль-1

Объединенный газовый закон для одного моля газа приобретает вид где Vm- объем одного моля газа. Для п молей газа получается уравнение

(4)

В такой форме объединенный газовый закон называется уравнением состояния идеального газа. Уравнение состояния это уравнение, связывающее между собой параметры состояния газа-давление, объем и температуру.

Газ, который полностью подчиняется уравнению состояния идеального газа, называется идеальный газ. Такой газ не существует в действительности. Реальные газы хорошо подчиняются уравнению состояния идеального газа при низких давлениях и высоких температурах. Отклонения в поведении реальных газов от предписываемш уравнением состояния идеального газа подробно обсуждаются ниже.

Вычисление относительной молекулярной массы с помощью уравнения состояние идеального газа. Уравнение состояния идеального газа позволяет проводить прямые вычисления относительной молекулярной массы газа M1. Введем понятие относительной молекулярной массы, основываясь на уже знакомом нам (из гл. 1) определении относительной атомной массы A1. Для газа, состоящего из простых молекул, относительная молекулярная масса представляет собой сумму относительных атомных масс всех атомо

Движение под действием силы тяжести.

Основной задачей механики, является определение положения тела в любой момент времени. Решением задачи для частиц, движущихся в поле тяжести Земли являются, уравнения, в проекциях на оси OX и OY :

Этих формул достаточно, чтобы решить любую задачу о движении тела под действием силы тяжести.

А) Тело брошено вертикально вверх

В этом случае v0x = 0, gx = 0, v0y = v0, gy = - g.

Движение тела в этом случае будет происходить по прямой линии, причем сначала вертикально вверх до точки, в которой скорость обратится в нуль, а затем вертикально вниз.

Б) Тело брошено горизонтально

При этом v0x = v0 , gx = 0, v0y = 0, gy = - g , х0 = 0, и, следовательно,

Чтобы определить вид траектории, по которой тело будет двигаться в этом случае, выразим время t из первого уравнения и подставим его во второе уравнение. В результате мы получим квадратичную зависимость у от х:

Это означает, что тело при этом будет двигаться по ветви параболы.

В) Тело брошено под углом к горизонту

В этом случае v 0 x = v0 с osα , gx = 0, v0y = v0 sin α , gy = - g , х0 = y0 = 0, и потому

Во всех рассмотренных примерах на тело действовала одна и та же сила тяжести. Однако движения при этом выглядели по-разному. Объясняется это тем, что характер движения любого тела в заданных условиях определяется его начальным состоянием. Недаром все по­лученные нами уравнения содержат начальные координаты и начальные скорости. Меняя их, мы можем заставить тело подниматься вверх или опускаться вниз по прямой линии, двигаться по параболе, достигая ее вершины, или опускаться по ней вниз; дугу параболы мы можем изогнуть сильнее или слабее и т. д. И в то же время все это многообразие движений можно выразить одной простой формулой:

Изохорный процесс

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном

объёме называют изохорным (от греч. «хорема» - вместимость).

Из уравнения состояния [pic]вытекает, что в любом состоянии газа с

неизменным объёмом отношение давления газа к его температуре остаётся

неизменным: [pic] =const при V=const.

Для газа данной массы отношение давления к температуре постоянно, если

объём не меняется.

Этот газовый закон был установлен в 1787 году французским физиком Ж.

Шарлем (1746 – 1823) и носит название закона Шарля. Согласно уравнению

[pic] =const при V=const давления газа линейно зависит от температуры при

постоянном объёме: p=const T.

Эта зависимость изображается прямой, называемой изохорой.

Разным объёмам соответствуют разные изохоры. С ростом объёма газа при

постоянной температуре давление его согласно закону Бойля-Мариотта падает.

Поэтому изохора, соответствующая большему объёму V2, лежит ниже изохоры,

соответствующей меньшему объёму V1.

В соответствии с уравнением все изохоры начинаются в точке T=0.

Значит, давление идеального газа при абсолютном нуле равно нулю.

Увеличение давления газа в любой ёмкости или в электрической лампочке

при нагревании является изохорным процессом. Изохорный процесс используется

в газовых термостатах постоянного объёма.

Изобарный процесс

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном

давлении называют изобарным (от греч. «барос» - вес, тяжесть).

Согласно уравнению [pic] в любом состоянии газа с неизменным давлением

отношение объёма газа к его температуре остаётся постоянным: [pic] =const

при p=const.

Для газа данной массы отношение объёма к температуре постоянно, если

давление газа не меняется.

Этот закон был установлен экспериментально в 1802 году французским

учёным Ж. Гей-Люссаком (1778 – 1850) и носит название закона Гей-Люссака.

Согласно уравнению объём газа линейно зависит от температуры при постоянном

давлении: V=const T.

Эта зависимость графически изображается прямой, которая называется

изобарой.

Различным давлениям соответствуют разные изобары. С ростом давления

объём газа при постоянной температуре согласно закону Бойля-Мариотта

уменьшается. Поэтому изобара, соответствующая более высокому давлению p2,

лежит ниже изобары, соответствующей более низкому давлению p1.

В области низких температур все изобары идеального газа сходятся в

точке T=0. Но это не означает, что объём реального газа действительно

обращается в нуль. Все газы при сильном охлаждении превращаются в жидкость,

а к жидкостям уравнения состояния неприменимо.

Изобарным можно считать расширение газа при нагревании его в цилиндре

с подвижным поршнем. Постоянство давления в цилиндре обеспечивается

атмосферным давлением на внешнюю поверхность поршня.

, Процессы, протекающие при неизменном значении одного из параметров,

называют изопроцессами (от греч. «изос» - равный). Правда, в

действительности ни один процесс не может протекать при строго

фиксированном значении какого-либо параметра. Всегда имеются те или иные

воздействия, нарушающие постоянство температуры, давления или объема. Лишь

в лабораторных условиях удается поддерживать постоянство того или иного

параметра с хорошей точностью, но в действующих технических устройствах и в

природе это практически неосуществимо. Изопроцесс - это идеализированная

модель реального процесса, которая только приближенно отражает

действительность.

ИЗОХО́РНЫЙ ПРОЦЕ́СС (изохорический процесс) (от изо (см. ИЗО... (часть сложных слов))... и греч. chora — пространство), термодинамический процесс, происходящий системе при постоянном объеме. На термодинамической диаграмме (графическое изображение процесса) изображается изохорой (см. ИЗОХОРА).

Изохорный процесс осуществляется в газах и жидкостях, находящихся в замкнутом сосуде, объем которого не меняется. В этом случае при изменении температуры газа (жидкости) изменяется его давление.

При изохорном процессе газ над внешними телами работы не совершает, не совершается и механической работы, связанной с изменением объема тела, поэтому изменение внутренней энергии тела происходит только за счет поглощения или выделения тепла. В случае изохорного процесса в идеальном газа вся теплота, сообщаемая газу, идет на увеличение его внутренней энергии.

В идеальном газе при изохорном процессе для данной массы газа при постоянном объеме давление газа, в соответствии с законом Шарля (см. ШАРЛЯ ЗАКОН), прямо пропорционально температуре. Изохорный процесс можно описать уравнением:

р = рoaT,

где р — давление газа при абсолютной температуре Т;

р0 — давление газа при температуре 0оС;

a — температурный коэффициент объемного расширения газа, равный 1/273 К-1.

Изохора такого процесса, изображенная в прямоугольной системе координат, по оси ординат которой отсчитывается давление газа, а по оси абсцисс — его абсолютная температура, является прямой, проходящей через начало координат. Диаграмма изохорного процесса в координатах р, V изображается прямой, параллельной оси ординат (оси р). Реальные газы при низких температурах переходят в жидкое (и даже в твердое) состояние. Поэтому в области низких температур изохоры проводятся пунктирной линией, которая справедлива только для идеального газа.

В неидеальном газе закон Шарля не соблюдается, так как часть сообщенной газу теплоты идет на увеличение энергии взаимодействия частиц.

Осуществить изохорный процесс в твердом теле технически значительно сложнее. Из-за малой сжимаемости практически любой изотермический процесс в твердом теле является почти изохорным, вплоть до давлений порядка нескольких десятков килобар.

ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

ИЗОТЕРМИ́ЧЕСКИЙ ПРОЦЕ́СС (от изо... (см. ИЗО... (часть сложных слов)) и греч. therme —теплота), термодинамический процесс, протекающий в системе при постоянной температуре. На термодинамической диаграмме (графическое изображение процесса) изображается изотермой (см. ИЗОТЕРМЫ).

Для идеального газа (см. ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ) изотермический процесс описывается законом Бойля — Мариотта (см. БОЙЛЯ-МАРИОТТА ЗАКОН): для данной массы газа при постоянной температуре произведение численных значений давления газа на его объем постоянно.

Диаграмма изотермического процесса (изотерма) в координатах давление p — объем V изображается гиперболой (pV=const).

Изотермический процесс можно осуществить, изменяя объем газа при постоянной температуре. Изотермическим процессом является кипение жидкости или плавление твердого тела при постоянном давлении. При изотермическом процессе системе подводится (или от системы отводится) определенное количество теплоты и совершается внешняя работа. В изотермических процессах, протекающих в газах, все количество теплоты, сообщаемое газу, расходуется на совершение им работы против внешних сил. Чтобы при работе расширения температура не уменьшалась, к газу в течение изотермического процесса необходимо подводить количество теплоты, эквивалентное внешней работе расширения. В твердом теле и большинстве жидкостей изотермические процессы очень мало изменяет объем тела, если только не происходит фазовый переход.

Для осуществления изотермического процесса систему обычно помещают в термостат, но можно применять источники или стоки тепла, контролируя постоянство температуры с помощью термометров.

Если изотермический процесс происходит настолько медленно, что не нарушается термодинамическое равновесие с термостатом, то изотермический процесс обратим. Изотермические процессы, протекающие с конечной скоростью, необратимы. Для реализации изотермического процесса необходимо подводить или отводить от системы определенное количество теплоты. Примером необратимого изотермического процесса является изотермическое дросселирование (см. ДРОССЕЛИРОВАНИЕ).