فرآیند هم‌حجم فرآیندی ترمودینامیکی است که در حجم ثایتی انجام می گیرد. در این فرآیند کار صفر است (چون حجم ثابت است و در نتیجه تغییرات حجم نداریم یعنی در نمودار  P – V  سطح زیر  نمودار  صفر است) و گاز فقط می تواند با محیط تبادل گرما کند.

فرآیند هم حجم

 

گرمایی که در فرآیند هم حجم به دستگاه داده یا گرفته می شود چگونه محاسبه می شود؟

می دانیم که گرمای لازم برای تغییر دمای یک جسم به اندازه ی فرآیند هم حجمبا رابطه ی زیر داده می شود:

فرآیند هم حجم
در این رابطه m جرم جسم و c گرمای ویژه ی آن است.

توجه: در مورد گازها گرمای ویژه ی جسم به نوع فرآیند بستگی دارد.


گرمای ویژه در فرآیند هم  حجم:

گرمای ویژه یك گاز درحجم ثابت برابراست با مقدار گرمایی كه در حجم ثابت به یكای جرم آن داده می شود تا دمای  آن یك كلوین بالا رود گرمای ویژه درحجم ثابت را باCV نشان می دهیم. بنابراین رابطه ی بالا به صورت زیر در می آید:

فرآیند هم حجم
معمولا مقدار گازها بر حسب مول بیان می شود در نتیجه اگر با استفاده از رابطه فرآیند هم حجم جرم گاز را برحسب مول قرار دهیم خواهیم داشت:
فرآیند هم حجم
 

کمیت McV را با CMV نشان می دهیم و آن را ظرفیت گرمایی مولی در حجم ثابت می نامیم.

 

 CMV مقدار گرمایی است که در حجم ثابت به یک مول از یک گاز داده می شود تا دمای آن یک کلوین بالا رود.

 با استفاده از این کمیت رابطه ی فوق به صورت زیر در خواهد آمد:

فرآیند هم حجم

با تقریب خوبی می توان نشان داد كه ظرفیت گرمای مولی درحجم ثابت به جنس گاز بستگی ندارد و برای گازهای تك اتمی برابرفرآیند هم حجم برای گازهای دو اتمی فرآیند هم حجم و برای گازهای چند اتمی فرآیند هم حجم است.



فرآیند بی دررو فرآیند ترمودینامیکی است كه در آن بین محیط و سیستم، گرمایی رد و بدل نمی‌شود. Q=0

برای اینكه گرما بین سیستم و محیط مبادله نشود باید سیستم عایق‌بندی شده باشد. . Q+W=∆U

 

فرآیند بی دررو یا آدیاباتیك

 

در فرآیند بی دررو Q=0  است لذا هنگام انبساط دمای گاز كاهش  و هنگام تراكم  دمای گاز افزایش می یابد.

در انبساط   W<0 پس ΔT <  0  یعنی دما كاهش می یابد و در تراكم   W >0 .  پس دما افزایش  می یابد.

 

در اینجا تغییرات انرژی درونی ، برابر كار اعمال شده بر سیستم است.

 

1) اگر گاز منبسط شود، سیستم به محیط كار می‌دهد و انرژی درونی كم می‌شود.

 

فرآیند بی دررو یا آدیاباتیك

2)  اگر گاز متراكم شود، سیستم از محیط كار می‌گیرد و انرژی درونی زیاد می‌شود.

 

فرآیند بی دررو یا آدیاباتیك  

فرآیندهایی كه بسیار سریع انجام می‌شوند را هم می توان فرآیند بی دررو در نظر گرفت. چون در این فرآیندها سیستم، فرصت تبادل انرژی گرمایی با محیط را پیدا نخواهد كرد. 

 

نکته: در این فرآیند می توان دستگاه را عایق  بندی كرد و سپس عمل  تراكم یا انبساط را بسیار  آهسته انجام  داد.

 

نمودار P – V در فرآیند بی دررو :

فرآیند بی دررو یا آدیاباتیك

 

نکته: چون در فرآیند بی دررو Q=0 پس افت فشار در فرآیند بی‌دررو انبساط، و افزایش فشار در فرآیند بی دررو تراکم از افت فشار یا افزایش فشار در فرآیند همدما بیشتر است. یعنی شیب نمودار P-V در فرآیند بی‌دررو، از افت فشار یا افزایش فشار در فرآیند همدما بیشتر است.

 

اگر مقداری گاز كامل را از حالت اولیه P1,V1 یك بار به صورت هم دما منبسط كنیم و حجم آن را به V2برسانیم، فشار گاز به P2 خواهد رسید. اگر گاز را از حالت اولیه به صورت بی‌دررو به حجم V2 برسانیم فشار حالت نهایی P ́2 می‌گردد. با توجه به نمودار، مشخص شده است كه́2 كمتر از P2 خواهد بود.

 

فرآیند بی دررو یا آدیاباتیك

 

در فرآیند همدما در حین انبساط مقداری گرما از چشمه گرمایی گرفته می‌شود تا دما ثابت بماند. ولی در فرآیند بی‌دررو، تبادل گرمایی نداریم.افت فشار در فرآیند بی‌در رو بیشتر از فرآیند هم دماست.

 

چون نمودارهای P-V برای دو فرآیند همدما و بی‌دررو به صورت منحنی است، برای تشخیص نمودار مربوط به هر یك از فرآیندها داریم:

 

1) اگر فرآیند همدما باشد، باید دما در دو انتهای مسیر برابر باشد.  PV=nRT→

2) در فرآیند همدما P1 V1 = P2 V2  اگر در غیر این صورت فرآیند بی‌دررو خواهد بود.

 

تمرین:

در نمودارهای جدول زیر نوع فرآیند را تعیین كنید.

 

       فرآیند بی دررو یا آدیاباتیك

 

تمرین:

 كدام یك از   فرآیند  های نشان داده شده در شكل های زیر هم دما و كدام یك بی دررو است ؟

فرآیند بی دررو یا آدیاباتیك

 

دستگاه ها می توانند فرآیندی را طی کنند که از مجموع چند فرآیند تشکیل شده باشد.

فرآیندی که در طول آن دستگاه پس از طی چند فرآیند به حالت اولیه خود بر می گردد چرخه نامیده می شود.

 

در چرخه ی پاد ساعتگرد :       U = 0       ,     W = - Q = S

در چرخه ی ساعتگرد :          U = 0      ,     W = - Q =  -S

 

نکته: تغییر انرژی درونی ΔU دستگاه  به مسیر  تحول بستگی ندارد ولی  Q ,W  به مسیر تحول وابسته هستند.

 

فرآیند بی دررو یا آدیاباتیك


موضوعات مرتبط: فیزیک3

تاريخ : پنجشنبه بیست و هفتم مهر ۱۳۹۱ | 9:30 | نویسنده : گلزار آذران |
.: Weblog Themes By VatanSkin :.