Глава 4. Химическая термодинамика

Модель 4.5.  Изобарный процесс

Моделируется процесс изобарного сжатия и расширения идеального газа. Возможен выбор величины внешнего давления. Текущие значения параметров газа выводятся на экран. Состояние газа указывается на графике в координатах (V, T).

Изобарный процесс – это процесс квазистатического расширения или сжатия вещества (в данном случае идеального газа) при постоянном давлении P. На плоскости (V, T) изобариные процессы при разных значениях давления P изображаются семейством прямых линий V~T (закон Гей-Люссака). Для одного моля идеального газа

,

где R = 8,31 Дж/(моль∙К) – универсальная газовая постоянная.

Работа газа при изобарном расширении или сжатии выражается соотношением

A = P (V2 – V1) = P ΔV.

Первый закон термодинамики для изобарного процесса записывается в виде

Q = U(T2) – U(T1) + P(V2 – V1) = ΔU + PΔV.

Здесь U (T₁) и U (T₂) – внутренняя энергия газа в начальном и конечном состояниях, V₁ и V₂ – начальный и конечный объемы. При изобарном расширении Q > 0 – тепло поглощается, и газ совершает положительную работу. При изобарном сжатии Q > 0 – тепло отдается внешним телам. В этом случае A < 0.

В модели можно выбирать давление газа и проводить процесс при выбранном давлении. Приводится график зависимости V (T) для изобарного процесса, выводится энергетическая диаграмма, на которой указываются количество теплоты Q, полученной газом, произведенная работа A и изменение ΔU его внутренней энергии.

При помощи энергетической диаграммы вы также можете убедиться, что при изобарном расширении внутренняя энергия газа увеличивается (при этом его температура растет), и газ совершает положительную работу. При изобарном сжатии температура и внутренняя энергия уменьшаются, работа газа отрицательна. Также из диаграммы видно, что при расширении газ поглощает тепло, а при сжатии – отдает окружающим телам.