Termodinamski procesi


P V T N
--- --- --- ---

V tej animaciji velja, da je N = nR (številska vrednost Boltzmannove konstante je  1.38 10-23 J/K, v animacijah se privzame vrednost   kB = 1 brez enote. R je univerzalna plinska konstanta 8310 J/K, T je absolutna temperatura v K, n je število molov snovi. Zaradi privzete vrednosti za kB, je N potem številsko enak številu molekul v plinu oziroma enak temu številu, če izpustimo enoto. Od tod sledi plinska enačba idealnega plina v obliki  pV = NT. Enote v simulaciji so Pa, m3, K, J/K.

Plin lahko preide iz enega stanja (ki ga opišemo s tlakom, volumnom, številom atomov in temperaturo) v drugega na več načinov. Toplota lahko prehaja iz okolice v plin ali pa plin greje okolico. Ravno tako lahko plin opravlja delo ali pa delo prejme. Kako plin preide iz enega stanja v drugo, je določeno s toplotnim tokom in opravljenim delom. Vendar pa se notranja energija spremeni samo, če se spremeni temperatura sistema (ne glede na način spremembe temperature). Z drugimi besedami, sprememba notranje energije je neodvisna od procesa, medtem ko sta delo in toplota odvisna od vrste procesa

Zaradi poenostavitve poimenujemo procese z imeni, ki opisujejo vrste procesov. V naši ponazoritvi je število atomov v plinu konstantno (sicer ni posebne zahteve, da bi število atomov ostalo konstantno, vendar za namen naše ponazoritve privzemimo zaprto posodo).

  • Izobarni: Tlak v plinu ostane med procesom konstanten. Če se spremni temperatura plina, se bo tudi prostornina. Primer: balon damo v hladilnik, kjer se skrči.
  • Izohorni: Volumen plina ostane konstanten. To pomeni, da vsaki temperaturni spremembi sledi sprememba tlaka. Primer: vodni pari v "ekonom loncu" naraste tlak, ko se temperatura poviša.
  • Izotermni: Temperatura plina ostane konstantna. Ko volumen naraste, tlak pade. Primer: Volumen balona v vakumski posodi naraste, ko znižamo tlak v posodi.
  • Adiabatni: Volumen, temperatura in tlak se spreminjajo. Pri adiabatnem procesu sistem ne izmenja toplote z okolico, ker proces poteka zelo hitro. Primer: stiskanje zraka v komori ročne tlačilke pri polnjenju kolesarske pnevmatike, ali hitro stiskanje brizgalke.

Eden od načinov opisa stanja plina je pV diagram. Prav tako bi lahko uporabili pT ali VT diagram, vendar uporabljamo pV diagram, ker na njem lažje vidimo opravljeno delo. Delo je kar ploščina lika pod krivuljo (do ordinatne osi, ki je na naših grafih označena z rdečim poljem). Če že znaš kaj o infinitezimalnem računu, boš to lahko razbral iz enačbe za delo A = ∫ p dV (integral je namreč ploščina lika pod krivuljo).

Spremembe stanja v plinu pa niso vedno opisane z zgoraj navedenimi procesi (Neznan proces). V idealnem plinu lahko teče poljuben proces, dokler velja zveza pV = NT. Preprosto gre za to, da je v takem primeru težje matematično opisati proces, zato je težje izračunati delo in toploto.