हमारे आस-पास के पदार्थ की गैसीय अवस्था पदार्थ के तीन सामान्य रूपों में से एक है। भौतिकी में, एकत्रीकरण की इस द्रव अवस्था को आमतौर पर एक आदर्श गैस के सन्निकटन में माना जाता है। इस सन्निकटन का उपयोग करते हुए, हम लेख में गैसों में संभावित आइसोप्रोसेसेस का वर्णन करते हैं।
आदर्श गैस और इसका वर्णन करने के लिए सार्वभौमिक समीकरण
आदर्श गैस वह होती है जिसके कणों का कोई आयाम नहीं होता और वे आपस में परस्पर क्रिया नहीं करते। जाहिर है, एक भी गैस नहीं है जो इन शर्तों को पूरी तरह से संतुष्ट करती है, क्योंकि यहां तक कि सबसे छोटे परमाणु - हाइड्रोजन का भी एक निश्चित आकार होता है। इसके अलावा, तटस्थ महान गैस परमाणुओं के बीच भी, कमजोर वैन डेर वाल्स बातचीत होती है। फिर सवाल उठता है: किन मामलों में गैस के कणों के आकार और उनके बीच की बातचीत की उपेक्षा की जा सकती है? इस प्रश्न का उत्तर निम्नलिखित भौतिक-रासायनिक स्थितियों का पालन करना होगा:
- निम्न दबाव (लगभग 1 वातावरण और नीचे);
- उच्च तापमान (कमरे के तापमान और ऊपर के आसपास);
- अणुओं और परमाणुओं की रासायनिक जड़तागैस।
यदि कम से कम एक शर्त पूरी नहीं होती है, तो गैस को वास्तविक माना जाना चाहिए और एक विशेष वैन डेर वाल्स समीकरण द्वारा वर्णित किया जाना चाहिए।
आइसोप्रोसेस का अध्ययन करने से पहले मेंडेलीव-क्लैपेरॉन समीकरण पर विचार किया जाना चाहिए। आदर्श गैस समीकरण इसका दूसरा नाम है। इसमें निम्नलिखित संकेतन है:
पीवी=एनआरटी
अर्थात, यह तीन थर्मोडायनामिक मापदंडों को जोड़ता है: दबाव P, तापमान T और आयतन V, साथ ही पदार्थ की मात्रा n। यहाँ प्रतीक R गैस स्थिरांक को दर्शाता है, यह 8.314 J/(Kmol) के बराबर है।
गैसों में आइसोप्रोसेस क्या हैं?
इन प्रक्रियाओं को गैस की दो अलग-अलग अवस्थाओं (प्रारंभिक और अंतिम) के बीच संक्रमण के रूप में समझा जाता है, जिसके परिणामस्वरूप कुछ मात्राएँ संरक्षित रहती हैं और अन्य बदल जाती हैं। गैसों में तीन प्रकार के आइसोप्रोसेस होते हैं:
- समतापी;
- आइसोबैरिक;
- आइसोकोरिक।
यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि उन सभी का प्रायोगिक अध्ययन और वर्णन 17वीं शताब्दी के उत्तरार्ध से 19वीं शताब्दी के 30 के दशक की अवधि में किया गया था। इन प्रयोगात्मक परिणामों के आधार पर, 1834 में एमिल क्लैपेरॉन ने एक समीकरण प्राप्त किया जो गैसों के लिए सार्वभौमिक है। यह लेख दूसरे तरीके से बनाया गया है - राज्य के समीकरण को लागू करते हुए, हम आदर्श गैसों में आइसोप्रोसेस के लिए सूत्र प्राप्त करते हैं।
स्थिर तापमान पर संक्रमण
इसे समतापी प्रक्रम कहते हैं। एक आदर्श गैस की अवस्था के समीकरण से, यह इस प्रकार है कि एक बंद प्रणाली में एक स्थिर निरपेक्ष तापमान पर, उत्पाद को स्थिर रहना चाहिएआयतन से दाब, यानी:
पीवी=कास्ट
यह संबंध वास्तव में रॉबर्ट बॉयल और एडम मारियट द्वारा 17वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में देखा गया था, इसलिए वर्तमान में दर्ज समानता उनके नाम रखती है।
कार्यात्मक निर्भरता P(V) या V(P), ग्राफिक रूप से व्यक्त, अतिपरवलय की तरह दिखते हैं। जितना अधिक तापमान पर इज़ोटेर्मल प्रयोग किया जाता है, उतना ही अधिक उत्पाद PV.
एक समतापीय प्रक्रिया में, एक गैस अपनी आंतरिक ऊर्जा को बदले बिना काम करते हुए फैलती या सिकुड़ती है।
लगातार दबाव में संक्रमण
अब आइए समदाब रेखीय प्रक्रिया का अध्ययन करें, जिसके दौरान दाब स्थिर रखा जाता है। ऐसे संक्रमण का एक उदाहरण पिस्टन के नीचे गैस का गर्म होना है। हीटिंग के परिणामस्वरूप, कणों की गतिज ऊर्जा बढ़ जाती है, वे पिस्टन को अधिक बार और अधिक बल से मारना शुरू करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप गैस फैलती है। विस्तार की प्रक्रिया में, गैस कुछ कार्य करती है, जिसकी दक्षता 40% (एक परमाणु गैस के लिए) है।
इस आइसोप्रोसेस के लिए, एक आदर्श गैस के लिए राज्य का समीकरण कहता है कि निम्नलिखित संबंध होना चाहिए:
वी/टी=कास्ट
यह प्राप्त करना आसान है यदि निरंतर दबाव को क्लैपेरॉन समीकरण के दाईं ओर स्थानांतरित किया जाता है, और तापमान - बाईं ओर। इस समानता को चार्ल्स का नियम कहते हैं।
समानता इंगित करती है कि फलन V(T) और T(V) ग्राफ पर सीधी रेखाओं की तरह दिखते हैं। भुज के सापेक्ष रेखा V(T) का ढलान जितना छोटा होगा, दबाव उतना ही अधिक होगापी.
स्थिर आयतन पर संक्रमण
गैसों में अंतिम समस्थानिक, जिस पर हम लेख में विचार करेंगे, वह समस्थानिक संक्रमण है। सार्वभौमिक क्लैपेरॉन समीकरण का उपयोग करके, इस संक्रमण के लिए निम्नलिखित समानता प्राप्त करना आसान है:
पी/टी=कास्ट
समसामयिक संक्रमण का वर्णन गे-लुसाक कानून द्वारा किया गया है। यह देखा जा सकता है कि ग्राफिक रूप से फलन P(T) और T(P) सीधी रेखाएँ होंगी। तीनों समस्थानिक प्रक्रियाओं में से, यदि बाह्य ऊष्मा की आपूर्ति के कारण तंत्र के तापमान को बढ़ाना आवश्यक हो तो समस्थानिक सबसे कुशल है। इस प्रक्रिया के दौरान, गैस कोई काम नहीं करती है, यानी सभी ऊष्मा को सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा को बढ़ाने के लिए निर्देशित किया जाएगा।
