فرایند هم دما و بی در رو

فرآیند هم دما

دمای دستگاه در حین این فرایند ثابت می ماند.

در فرایند هم دما با وجود ثابت ماندن دما، بین محیط و دستگاه گرما مبادله می شود.

برای گاز آرمانی که انرژی درونی آن فقط تابعی از دماست، تغییر انرژی درونی صفر است.

\(\Delta U = Q + W \to \Delta U = 0 \to Q = - W \to Q\langle 0\)

رسم نمودار های فرایند هم دما: (تراکم)

در یک فرایند هم دما، با انجام کار  W، دستگاه گرمای Q را از دست می دهد.

\(PV = nRT \to P = \frac{{nRT}}{V} \to P \propto \frac{1}{V}\)

رسم نمودار های فرایند هم دما: (انبساط)

در یک فرایند هم دما، اگر گاز گرمای Q را بگیرد کار \(W'\)  را روی محیط انجام می دهد.

در این فرایند بین دستگاه و محیط گرما مبادله نمی شود.

برای انجام فرایند بی در رو

1. باید دستگاه را عایق بندی کنیم و عمل تراکم یا انبساط را به آهستگی انجام دهیم.
2. گاز چنان با سرعت کم متراکم یا منبسط شود که فرصت مبادله گرما با محیط را پیدا نکند. بنابراین در فرایند بی در رو Q=0 است.

از فرایند بی در رو می توان به دهانه ی تلمبه ی دوچرخه اشاره کرد که دهانه دوچرخه مسدود شده است و پیستون با سرعت به پایین رانده می شود.

در فرایند تراکم بی در رو که با انجام کار W بر روی گاز، حجم V آن کاهش پیدا کرده فشار و دما افزایش می یابند.

\(\Delta U = Q + W \to Q = 0 \to W\rangle 0 \to \Delta U\rangle 0 \to \Delta T\rangle 0\)

در فرایند انبساط بی در رو که با انجام کار W بر روی گاز، حجم آن افزایش پیدا کرده، فشار و دما کاهش می یابند.

\(\Delta U = Q + W \to Q = 0 \to W\langle 0 \to \Delta U\langle 0 \to \Delta T\langle 0\)

نمودار فرایند بی در رو

مقایسه تراکم بی در رو و هم دما

در تراکم گاز، فشار و دمای گاز افزایش می یابد. در فرایند هم دما، برای ثابت نگه داشتن دمای گاز باید از آن گرما گرفت ولی در فرایند بی در رو، از گاز گرما گرفته نمی شود و از این رو در انتهای مسیر، فشار و دمای گاز در فرایند بی در رو بیش از فرایند هم دما است.

مقایسه انبساط بی در رو و هم دما

در انبساط گاز، فشار و دمای گاز کاهش می یابد. در فرایند هم دما، برای ثابت نگه داشتن دمای گاز باید به گاز، گرما دهیم؛ ولی چون در انبساط بی در رو، گاز هیچ گونه گرمایی دریافت نمی کند، در انتهای مسیر، فشار و دمای گاز در فرایند بی در رو پایین تر از فشار و دمای گاز فرایند هم دما خواهد بود.

مقایسه کار انجام شده روی دستگاه در سه فرایند هم فشار، هم دما و بی در رو

در انبساط یکسان قدر مطلق کار انجام شده روی دستگاه در فرایند هم فشار از بقیه فرایند ها بیشتر و قدر مطلق تغییرات فشار و دما در فرایند بی در رو از بقیه بیشتر است.

در تراکم یکسان، مقدار کار انجام شده روی دستگاه، در فرایند بی در رو از بقیه فرایند ها بیشتر و دما ی نهایی گاز نیز در فرایند بی در رو از بقیه فرایند ها بیشتر است.

نمودار P-T:

در فرایند ab، V ثابت است و داریم:

\(PV = nRT \to P = \left( {\frac{{nR}}{V}} \right)T \to P \propto T\)

چون فشار افزایش یافته بنابراین دما نیز افزایش یافته است. در فرایند bc فشار ثابت مانده است و حجم افزایش یافته است، بنابراین دمای گاز نیز افزایش یافته است.