Quá trình đẳng nhiệt

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm

Quá trình đẳng nhiệt là quá trình biến đổi trạng thái của chất khí trong điều kiện nhiệt độ không thay đổi.

Mối liên hệ giữa thể tích khí và áp suất trong quá trình đẳng nhiệt[sửa | sửa mã nguồn]

Thực hiện thí nghiệm ảo với 1 xylanh được đặt trong 1 môi trường không biến đổi về nhiệt độ, bên trong chứa 1 thể tích khí lý tưởng là: 30 cm3, với áp suất ban đầu: 15 psi (pound lực trên inche vuông). Khi kéo cần xylanh, với mỗi lần nén với độ giảm thể tích khác nhau, cho ra các giá trị áp suất khác nhau.

Các điểm trên đồ thị thể hiện mỗi quan hệ giữa áp suất và thể tích nằm trên 1 đường cong nhìn từa tựa 1 đường hyperbol, điều này cho thấy quan hệ giữa áp suất và thể tích trong quá trình đẳng nhiệt là 1 hàm số có dạng hyperbol.

Lý giải[sửa | sửa mã nguồn]

Với 1 lượng khí lý tưởng, ta có định luật:
Pv=nRT Với n là số mol của chất khí tính toán hay tổng số các hạt phân tử khí tính toán
R là hằng số khí, R=8.31 J/mol.K
T là nhiệt độ của khí theo thang đo Kelvin
P là áp suất chất khí
v là thể tích chất khí
Theo giả thiết của thí nghiệm, ta có nhiệt độ T của hệ không thay đổi, T=hằng số. Như vậy, ta có thể viết lại công thức định luật khí lí tưởng như sau:
P={nRT \over v} Vậy với n cố định, R và T là hằng số nên=> P= hằng số {1 \over v }
Nếu coi đây là 1 hàm thì đúng vậy, hàm số P theo v là hàm số có đồ thị dạng hypebol. Người ta gọi đường này là đường đẳng nhiệt.

Mối liên hệ giữa thể tích khí và công sinh ra[sửa | sửa mã nguồn]

Để nén khí, ta đẩy cần bơm, cần bơm di chuyển, nén khí lại, áp suất tăng tạo lực chống lại xu hướng nén của cần bơm. Khi buông tay, lực này đẩy cần bơm về vị trí ban đầu. Nói tóm lại, có lực, lực tác động làm thay đổi vị trí=> khối khí sinh công sau khi thay đổi trạng thái.
Như vậy, gọi công là W, có:
W= \vec F  \ . \vec s  \
Tuy nhiên, đại lượng F biến đổi không đều theo s nên:
dW=F.d\vec s  \
Mặt khác,với khí, lực sinh ra nhờ áp suất với F=P.S với P là áp suất, S là diện tích chịu áp suất(trong trường hợp này là mặt piston) nên:
 W=P.S.ds   (bỏ được vecto vì  \vec F  \  \vec s  \ cùng phương,hướng)

Diện tích chịu áp suất gây ra lực nhân với độ dời của diện tích ấy ra thể tích của phần không gian bị thay đổi  V=S.s => S.ds=dV nên:
dW=P.dV =>W=\int_{V1}^{V2} P\, dV
=W=\int_{V1}^{V2} \frac{nRT}{V} dV \,
=W=nRT.ln\frac{V2}{V1}
Và đây là mối liên hệ giữa thể tích khí và công sinh ra.
Một chú ý khác nữa là, theo định luật 1 nhiệt động lực học  dE=dQ-dW áp vào hệ này, ΔT=0=>E=0=>dQ=dW
Và như vậy công sinh ra tương ứng độ biến đổi nhiệt cấp vào hệ.

Ứng dụng[sửa | sửa mã nguồn]

Quá trình đẳng nhiệt xảy ra trong rất nhiều hệ, đa phần là các loại động cơ nhiệt... Trên thực tế, khi nén khí như vậy, quá trình sẽ bao gồm sự biến đổi của cả 3 đại lượng xác định chất khí là nhiệt độ, áp suất và thể tích, điển hình là khi nén khí, nhiệt độ sẽ tăng theo độ nén khí (công sinh ra chuyển thành nhiệt do 1 phần nội năng biến đổi).

Chú thích[sửa | sửa mã nguồn]

Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]