كيف درجة حرارة الغاز أثناء التوسع

9 دلائل تثبت أن (عقلك يمكن تقوية قدراته) في أسبوع واحد.. جرب وستذهلك النتائج (قد 2019).

Anonim

يفسر اعتماد درجة حرارة الغاز على تغير الحجم ، أولاً وقبل كل شيء ، بالمعنى الفيزيائي الأولي لمفهوم درجة الحرارة ذاته ، الذي يرتبط بشدة حركة جزيئات الغاز.

فيزياء درجة الحرارة


من خلال علم الفيزياء الجزيئية ، من المعروف أن درجة حرارة الجسم ، على الرغم من كونه كمية جهرية ، مرتبطة أولاً بالبنية الداخلية للجسم. كما تعلمون ، الجسيمات من أي مادة هي في حركة مستمرة. يعتمد نوع هذه الحركة على حالة تجميع المادة.
إذا كان جسمًا صلبًا ، فإن الجسيمات تتأرجح في المواقع الشبكية ، وإذا كان غازًا ، فإن الجسيمات تتحرك بحرية في الجزء الأكبر من المادة ، وتصطدم ببعضها البعض. درجة حرارة المادة تتناسب مع شدة الحركة. من وجهة نظر الفيزياء ، هذا يعني أن درجة الحرارة تتناسب طرديا مع الطاقة الحركية لجسيمات المادة ، والتي ، بدورها ، تتحدد بواسطة حجم سرعة حركة الجزيئات وكتلتها.
كلما ارتفعت درجة حرارة الجسم ، كلما زاد متوسط ​​الطاقة الحركية للجسيمات. تنعكس هذه الحقيقة في صيغة الطاقة الحركية لغاز مثالي ، مساوٍ لمنتج تركيز الجسيمات ، ثابت بولتزمان ودرجة حرارته.

تأثير حجم على درجة الحرارة


تخيل البنية الداخلية للغاز. يمكن اعتبار الغاز مثالياً ، وهو ما يعني المرونة المطلقة لصدامات الجزيئات مع بعضها البعض. يحتوي الغاز على درجة حرارة معينة ، أي كمية معينة من الطاقة الحركية للجسيمات. كل جسيم يضرب ليس فقط مع جسيم آخر ، ولكن أيضا مع جدار الوعاء الدموي ، مما يحد من حجم المادة.
إذا زاد حجم الغاز ، أي أن الغاز يتوسع ، فإن عدد تصادمات الجسيمات مع جدران الوعاء ومع بعضها يتناقص بسبب الزيادة في المسار الحر لكل جزيء. الحد من عدد الاصطدامات يؤدي إلى انخفاض في ضغط الغاز ، ومع ذلك ، فإن إجمالي الطاقة الحركية للمادة لا يتغير ، لأن عملية تصادم الجسيمات لا تؤثر على حجمها. وهكذا ، مع توسع الغاز المثالي ، لا تتغير درجة الحرارة. تسمى هذه العملية متساوي الحرارة ، أي عملية ذات درجة حرارة ثابتة.
يرجى ملاحظة أن هذا التأثير لدرجات الحرارة الثابتة أثناء توسع الغاز يعتمد على افتراض مثاليته ، وكذلك على حقيقة أن الجسيمات تتصادم مع الطاقة عندما تصطدم الجزيئات بجدران الأوعية. إذا لم يكن الغاز مثالياً ، فعند توسعه ، يقل عدد التصادمات التي تؤدي إلى فقدان الطاقة ، ويصبح انخفاض درجة الحرارة أقل دراماتيكية. وعمليًا ، يتوافق هذا الموقف مع التحكم في درجة حرارة مادة غاز ، حيث يتم تقليل فقدان الطاقة ، مما يؤدي إلى انخفاض في درجة الحرارة.