www.wikidata.uk-ua.nina.az

Адіабатичний процес Адіаба тний проце с грец αδιαβατος неперехідний в термодинаміці зміна стану тіла без обміну теплом з

Адіабатичний процес

Адіаба́тний проце́с (грец. αδιαβατος — неперехідний) — в термодинаміці зміна стану тіла без обміну теплом з навколишнім середовищем. Його можна здійснити, проводячи стискання чи розширення тіла (наприклад, газу) дуже швидко.

Так, при поширенні звукових хвиль у повітрі чи іншому тілі, у місцях згущення частинок температура підвищується, а в місцях розрідження — знижується. За дуже малий період коливання не відбувається помітного обміну теплом між місцями згущення і розрідження.

Під час адіабатного стискування тіла внутрішня енергія його збільшується, а при адіабатному розширенні — зменшується. Виконана робота при цьому дорівнює за величиною і протилежна за знаком зміні внутрішньої енергії системи.

Адіабатні процеси в атмосфері ред.

Адіабатне розширення потоку нагрітого повітря і ненасиченої пари з нижніх до верхніх прошарків атмосфери є основною причиною зниження потоку, конденсації водяної пари та утворення хмар. При опусканні повітряних мас відбувається зворотний адіабатний процес, внаслідок якого температура підвищується. На адіабатне нагрівання й охолодження повітря в атмосфері накладаються ще й теплові ефекти, спричинювані тепловим випромінюванням, теплопровідністю, конвекцією, а також випаровуванням та конденсацією. В сухому та ненасиченому повітрі зниження чи підвищення температури на кожні 100 м дорівнює 1,0 °C. У повітрі, насиченому водяною парою — приблизно 0,5 °C.

Формули ред.

Математично адіабатний процес описується рівнянням

де p — тиск, V — об'єм,  — показник адіабати,

 — молярна теплоємність за умов постійного тиску, а  — молярна теплоємність за умов сталого об'єму. Для одноатомного ідеального газу, , а для двоатомних (таких як азот або кисень, головних складових повітря) . Цю формулу можна застосовувати лише для класичних газів.

Для адіабатного процесу теплообмін з навколишнім середовищем відсутній, тобто кількість теплоти . Тоді, відповідно до першого закону термодинаміки:

де E — внутрішня енергія системи, а W — робота, що виконується самою системою. Будь-яка робота (W) здійснюється за рахунок витрат внутрішньої енергії E, адже надходження теплоти ззовні немає. Робота W, що виконується системою визначається як

Однак p не залишається сталим в адіабатному процесі, а змінюється разом з V. Бажано знати, як величини та співвідносяться між собою в адіабатному процесі. Припустимо тепер, що в нас є одноатомний газ, тоді

де R — універсальна газова стала.

Нехай задані та . Відповідно . Використовуючи рівняння стану ідеального газу надамо внутрішній енергії наступного вигляду

Після спрощення

Розділимо обидві частини на ,

Останнє рівняння можна розглядати як диференційне рівняння з відокремленими змінними. Його можна записати і так

Тоді частинний інтеграл рівняння можна записати так

або

або

або

Адіабата ред.

Ізотерми — червоні лінії, адіабати — чорні. Абсциса — вісь V, ордината — вісь p

Графік на діаграмі залежності тиску від об'єму при адіабатичному процесі називається адіабатою.

Властивості адіабат на p-V-діаграмах такі:

  1. кожна адіабата асимптотично досягає як осі V, так і осі p (як і ізотерми).
  2. кожна адіабата перехрещується з кожною ізотермою тільки в одній точці.
  3. адіабата виглядає схожою на ізотерму, за винятком того, що при адіабатному розширенні втрачається більше тиску ніж при ізотермічному, тому вона має більший ухил (більш «вертикальна»).

На рисунку зображено p-V-діаграму з суперпозицією адіабат та ізотерм.

Використання терміну «адіабатний» ред.

Термін використовується в різних значеннях, тому в кожному випадку потрібні уточнення.

  • 1. У термодинаміці адіабатний використовується в макроскопічному сенсі і стосується процесу, що відбувається в термічно ізольованій системі.
  • 2. У динаміці хімічних реакцій адіабатний використовується в мікроскопічному сенсі, що практично має мало спільного з його термодинамічним значенням. Тоді, коли в термодинамічному сенсі розуміють умови, які накладаються на

процес спостерігачем, мікроскопічний сенс стосується умов, при яких процес відбувається природно. При описі динаміки реакцій вважається, що квантовий стан залишається незмінним протягом усього шляху реакції. Тут можливі такі варіанти:

— реакція, в якій не відбувається зміни електронного стану або мультиплетності (називається адіабатною або електронно адіабатною);

— реакція, в якій не відбувається зміни коливального стану протягом її перебігу, зветься коливально адіабатною; менш строго цей вираз застосовується до процесів, в яких надлишок коливальної енергії в реактантах з'являється як коливальна енергія в продуктах або в яких основний коливальний стан у реактантах приводить до основного коливального стану в продуктах;

— реакція, в якій надлишок обертальної енергії в реактантах проявляється як обертальна енергія в продуктах, або в якій основний обертальний стан реактантів дає основний обертальний стан продуктів (називається обертально адіабатною);

— у теорії мономолекулярних реакцій Райса — Рамспергера — Касселя — Маркуса (РРКМ) ступінь свободи, квантове число якого зберігається сталим впродовж зростання енергії та наступної реакції (називають адіабатним, так називають тоді і саму реакцію).

  • 3. Реакція, яка не є адіабатною (називається неадіабатною чи діабатною).

Див. також ред.

Примітки ред.

  1. . Архів оригіналу за 22 березня 2022. Процитовано 21 травня 2022. 

Література ред.

  • Якібчук П. М., Клим М. М. Молекулярна фізика. — Львів: Львівський національний університет імені Івана Франка, 2015.
  • Козицький С. В., Золотко А. Н. Курс загальної фізики, Том 2. Молекулярна фізика. — Одеса: Астропринт, 2011.
  • Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк: Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0

Посилання ред.

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Adiaba tnij proce s grec adiabatos neperehidnij v termodinamici zmina stanu tila bez obminu teplom z navkolishnim seredovishem Jogo mozhna zdijsniti provodyachi stiskannya chi rozshirennya tila napriklad gazu duzhe shvidko Tak pri poshirenni zvukovih hvil u povitri chi inshomu tili u miscyah zgushennya chastinok temperatura pidvishuyetsya a v miscyah rozridzhennya znizhuyetsya Za duzhe malij period kolivannya ne vidbuvayetsya pomitnogo obminu teplom mizh miscyami zgushennya i rozridzhennya Pid chas adiabatnogo stiskuvannya tila vnutrishnya energiya jogo zbilshuyetsya a pri adiabatnomu rozshirenni zmenshuyetsya Vikonana robota pri comu dorivnyuye za velichinoyu i protilezhna za znakom zmini vnutrishnoyi energiyi sistemi Zmist 1 Adiabatni procesi v atmosferi 2 Formuli 3 Adiabata 4 Vikoristannya terminu adiabatnij 5 Div takozh 6 Primitki 7 Literatura 8 PosilannyaAdiabatni procesi v atmosferi red Adiabatne rozshirennya potoku nagritogo povitrya i nenasichenoyi pari z nizhnih do verhnih prosharkiv atmosferi ye osnovnoyu prichinoyu znizhennya potoku kondensaciyi vodyanoyi pari ta utvorennya hmar Pri opuskanni povitryanih mas vidbuvayetsya zvorotnij adiabatnij proces vnaslidok yakogo temperatura pidvishuyetsya Na adiabatne nagrivannya j oholodzhennya povitrya v atmosferi nakladayutsya she j teplovi efekti sprichinyuvani teplovim viprominyuvannyam teploprovidnistyu konvekciyeyu a takozh viparovuvannyam ta kondensaciyeyu V suhomu ta nenasichenomu povitri znizhennya chi pidvishennya temperaturi na kozhni 100 m dorivnyuye 1 0 C U povitri nasichenomu vodyanoyu paroyu priblizno 0 5 C Formuli red Matematichno adiabatnij proces opisuyetsya rivnyannyam p V g const displaystyle pV gamma operatorname const qquad nbsp de p tisk V ob yem g displaystyle gamma nbsp pokaznik adiabati g C p C V displaystyle gamma C p over C V nbsp C p displaystyle C p nbsp molyarna teployemnist za umov postijnogo tisku a C V displaystyle C V nbsp molyarna teployemnist za umov stalogo ob yemu Dlya odnoatomnogo idealnogo gazu g 5 3 displaystyle gamma 5 3 nbsp a dlya dvoatomnih takih yak azot abo kisen golovnih skladovih povitrya g 1 4 displaystyle gamma 1 4 nbsp Cyu formulu mozhna zastosovuvati lishe dlya klasichnih gaziv Dlya adiabatnogo procesu teploobmin z navkolishnim seredovishem vidsutnij tobto kilkist teploti Q 0 displaystyle Q 0 nbsp Todi vidpovidno do pershogo zakonu termodinamiki D E D W 0 displaystyle Delta E Delta W 0 qquad qquad qquad nbsp de E vnutrishnya energiya sistemi a W robota sho vikonuyetsya samoyu sistemoyu Bud yaka robota W zdijsnyuyetsya za rahunok vitrat vnutrishnoyi energiyi E adzhe nadhodzhennya teploti zzovni nemaye Robota W sho vikonuyetsya sistemoyu viznachayetsya yak D W p D V displaystyle Delta W p Delta V qquad qquad qquad nbsp Odnak p ne zalishayetsya stalim v adiabatnomu procesi a zminyuyetsya razom z V Bazhano znati yak velichini D p displaystyle Delta p nbsp ta D V displaystyle Delta V nbsp spivvidnosyatsya mizh soboyu v adiabatnomu procesi Pripustimo teper sho v nas ye odnoatomnij gaz todi C V 3 2 R displaystyle C V 3 over 2 R nbsp de R universalna gazova stala Nehaj zadani D p displaystyle Delta p nbsp ta D V displaystyle Delta V nbsp Vidpovidno D W p D V displaystyle Delta W p Delta V nbsp Vikoristovuyuchi rivnyannya stanu idealnogo gazu p V N k B T displaystyle pV Nk B T nbsp nadamo vnutrishnij energiyi nastupnogo viglyadu D E 3 2 N k B D T 3 2 D p V 3 2 p D V V D p displaystyle Delta E 3 over 2 Nk B Delta T 3 over 2 Delta pV 3 over 2 p Delta V V Delta p qquad nbsp Tut k B displaystyle k B nbsp stala Bolcmana N kilkist atomiv u sistemi Teper pidstavimo virazi dlya energiyi i roboti v pershij zakon termodinamiki U vislidi otrimayemo p D V 3 2 p D V 3 2 V D p displaystyle p Delta V 3 over 2 p Delta V 3 over 2 V Delta p nbsp Pislya sproshennya 5 2 p D V 3 2 V D p displaystyle 5 over 2 p Delta V 3 over 2 V Delta p nbsp Rozdilimo obidvi chastini na p V displaystyle pV nbsp 5 D V V 3 D p p displaystyle 5 Delta V over V 3 Delta p over p nbsp Ostannye rivnyannya mozhna rozglyadati yak diferencijne rivnyannya z vidokremlenimi zminnimi Jogo mozhna zapisati i tak 5 D ln V 3 D ln p displaystyle 5 Delta operatorname ln V 3 Delta operatorname ln p nbsp Zagalnij integral cogo rivnyannya maye viglyad 5 ln V 3 ln p C displaystyle 5 operatorname ln V 3 operatorname ln p C nbsp de C dovilna stala Yiyi mozhna znajti z pochatkovoyi umovi yaksho vvazhati sho u pochatkovij moment chasu gaz mav tisk p 0 displaystyle p 0 nbsp i ob yem V 0 displaystyle V 0 nbsp tobto z umovi 5 ln V 0 3 ln P 0 C displaystyle 5 operatorname ln V 0 3 operatorname ln P 0 C nbsp Todi chastinnij integral rivnyannya mozhna zapisati tak ln p ln p 0 ln V ln V 0 5 3 displaystyle operatorname ln p operatorname ln p 0 over operatorname ln V operatorname ln V 0 5 over 3 nbsp abo ln p p 0 ln V V 0 5 3 displaystyle operatorname ln p p 0 over operatorname ln V V 0 5 over 3 nbsp abo ln p p 0 ln V V 0 5 3 displaystyle operatorname ln left p over p 0 right operatorname ln left V over V 0 right 5 3 nbsp abo p p 0 V V 0 5 3 displaystyle left p over p 0 right left V over V 0 right 5 3 nbsp abo p p 0 V V 0 5 3 1 displaystyle left p over p 0 right left V over V 0 right 5 3 1 nbsp abo p V 5 3 p 0 V 0 5 3 constant displaystyle pV 5 3 p 0 V 0 5 3 operatorname constant nbsp Adiabata red nbsp Izotermi chervoni liniyi adiabati chorni Abscisa vis V ordinata vis pGrafik na diagrami zalezhnosti tisku vid ob yemu pri adiabatichnomu procesi nazivayetsya adiabatoyu 1 Vlastivosti adiabat na p V diagramah taki kozhna adiabata asimptotichno dosyagaye yak osi V tak i osi p yak i izotermi kozhna adiabata perehreshuyetsya z kozhnoyu izotermoyu tilki v odnij tochci adiabata viglyadaye shozhoyu na izotermu za vinyatkom togo sho pri adiabatnomu rozshirenni vtrachayetsya bilshe tisku nizh pri izotermichnomu tomu vona maye bilshij uhil bilsh vertikalna Na risunku zobrazheno p V diagramu z superpoziciyeyu adiabat ta izoterm Vikoristannya terminu adiabatnij red Termin vikoristovuyetsya v riznih znachennyah tomu v kozhnomu vipadku potribni utochnennya 1 U termodinamici adiabatnij vikoristovuyetsya v makroskopichnomu sensi i stosuyetsya procesu sho vidbuvayetsya v termichno izolovanij sistemi 2 U dinamici himichnih reakcij adiabatnij vikoristovuyetsya v mikroskopichnomu sensi sho praktichno maye malo spilnogo z jogo termodinamichnim znachennyam Todi koli v termodinamichnomu sensi rozumiyut umovi yaki nakladayutsya naproces sposterigachem mikroskopichnij sens stosuyetsya umov pri yakih proces vidbuvayetsya prirodno Pri opisi dinamiki reakcij vvazhayetsya sho kvantovij stan zalishayetsya nezminnim protyagom usogo shlyahu reakciyi Tut mozhlivi taki varianti reakciya v yakij ne vidbuvayetsya zmini elektronnogo stanu abo multipletnosti nazivayetsya adiabatnoyu abo elektronno adiabatnoyu reakciya v yakij ne vidbuvayetsya zmini kolivalnogo stanu protyagom yiyi perebigu zvetsya kolivalno adiabatnoyu mensh strogo cej viraz zastosovuyetsya do procesiv v yakih nadlishok kolivalnoyi energiyi v reaktantah z yavlyayetsya yak kolivalna energiya v produktah abo v yakih osnovnij kolivalnij stan u reaktantah privodit do osnovnogo kolivalnogo stanu v produktah reakciya v yakij nadlishok obertalnoyi energiyi v reaktantah proyavlyayetsya yak obertalna energiya v produktah abo v yakij osnovnij obertalnij stan reaktantiv daye osnovnij obertalnij stan produktiv nazivayetsya obertalno adiabatnoyu u teoriyi monomolekulyarnih reakcij Rajsa Ramspergera Kasselya Markusa RRKM stupin svobodi kvantove chislo yakogo zberigayetsya stalim vprodovzh zrostannya energiyi ta nastupnoyi reakciyi nazivayut adiabatnim tak nazivayut todi i samu reakciyu 3 Reakciya yaka ne ye adiabatnoyu nazivayetsya neadiabatnoyu chi diabatnoyu Div takozh red Adiabatna elektronna sporidnenist Adiabatnij elektronnij perenos Adiabatnij potencial jonizaciyi Izobarichnij proces Izoentropijnij proces Izotermichnij proces Izohorichnij procesPrimitki red Adiabata Arhiv originalu za 22 bereznya 2022 Procitovano 21 travnya 2022 Literatura red Yakibchuk P M Klim M M Molekulyarna fizika Lviv Lvivskij nacionalnij universitet imeni Ivana Franka 2015 Kozickij S V Zolotko A N Kurs zagalnoyi fiziki Tom 2 Molekulyarna fizika Odesa Astroprint 2011 Glosarij terminiv z himiyi J Opejda O Shvajka In t fiziko organichnoyi himiyi ta vuglehimiyi im L M Litvinenka NAN Ukrayini Doneckij nacionalnij universitet Doneck Veber 2008 758 s ISBN 978 966 335 206 0Posilannya red Adiabatichnij proces Arhivovano 14 lyutogo 2022 u Wayback Machine VUE Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Adiabatichnij proces amp oldid 39570067