เมนูนำทาง
กฎของแก๊สอุดมคติ
ในตารางด้านล่าง สมการของแก๊สอุดมคติถูกทำให้ง่ายลงสำหรับการนำไปใช้กับกระบวนการเฉพาะต่าง ๆ และทำให้สามารถแก้ปัญหาด้วยวิธีเชิงตัวเลขง่ายยิ่งขึ้น
กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ (thermodynamic process) มีนิยามเป็นระบบซึ่งเคลื่อนจากสภาวะที่ 1 ไปสู่สภาวะที่ 2 โดยเลขซึ่งบอกสภาวะแทนด้วยตัวห้อย โดยกระบวนการพื้นฐานถูกแบ่งออกเป็นแต่ละชนิดตามคุณสมบัติของแก๊สที่ถูกตรึงให้คงที่ไว้ตลอดกระบวนการ (P, V, T, S หรือ H) ดังที่แสดงในสดมภ์แรกของตาราง
จะต้องมีการระบุ (ไม่ว่าโดยตรงหรือโดยอ้อม) หนึ่งในอัตราส่วนระหว่างคุณสมบัติ (ซึ่งมีการจัดรายการไว้ในสดมภ์ที่ชื่อว่า "อัตราส่วนที่รู้จัก") เพื่อระบุขอบเขตของกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ชนิดหนึ่ง และคุณสมบัติซึ่งปรากฎอยู่ในอัตราส่วนจะต้องต่างจากคุณสมบัติที่คงที่ (ไม่เช่นนั้นแล้วอัตราส่วนก็จะเป็นเอกภาพ และเราจะไม่มีข้อมูลมากพอที่จะสามารถทำให้สมการง่ายลงได้)
ส่วนในสามสดมภ์สุดท้าย เราสามารถหาค่าของคุณสมบัติ (p, V หรือ T) ของสภาวะที่ 2 ได้จากการนำค่าของคุณสมบัติเหล่านั้นในสภาวะที่ 1 มาคำนวณในสมการซึ่งถูกจัดไว้อยู่ในรายการ
| กระบวนการ | ค่าที่คงตัว | อัตราส่วนหรือผลต่างที่รู้จัก | p2 | V2 | T2 |
|---|---|---|---|---|---|
| กระบวนการความดันคงที่ (Isobaric process) | ความดัน | V2/V1 | p2 = p1 | V2 = V1(V2/V1) | T2 = T1(V2/V1) |
| T2/T1 | p2 = p1 | V2 = V1(T2/T1) | T2 = T1(T2/T1) | ||
| กระบวนการปริมาตรคงที่ (Isochoric process) (Isovolumetric process) (Isometric process) | ปริมาตร | p2/p1 | p2 = p1(p2/p1) | V2 = V1 | T2 = T1(p2/p1) |
| T2/T1 | p2 = p1(T2/T1) | V2 = V1 | T2 = T1(T2/T1) | ||
| กระบวนการอุณหภูมิคงที่ (Isothermal process) | อุณหภูมิ | p2/p1 | p2 = p1(p2/p1) | V2 = V1/(p2/p1) | T2 = T1 |
| V2/V1 | p2 = p1/(V2/V1) | V2 = V1(V2/V1) | T2 = T1 | ||
| กระบวนการเอนโทรปีคงที่ (Isentropic process) (กระบวนการความร้อนคงที่ที่ผันกลับได้) | เอนโทรปี[a] | p2/p1 | p2 = p1(p2/p1) | V2 = V1(p2/p1)(−1/γ) | T2 = T1(p2/p1)(γ − 1)/γ |
| V2/V1 | p2 = p1(V2/V1)−γ | V2 = V1(V2/V1) | T2 = T1(V2/V1)(1 − γ) | ||
| T2/T1 | p2 = p1(T2/T1)γ/(γ − 1) | V2 = V1(T2/T1)1/(1 − γ) | T2 = T1(T2/T1) | ||
| กระบวนการโพลีทรอปิก (Polytropic process) | P Vn | p2/p1 | p2 = p1(p2/p1) | V2 = V1(p2/p1)(-1/n) | T2 = T1(p2/p1)(n − 1)/n |
| V2/V1 | p2 = p1(V2/V1)−n | V2 = V1(V2/V1) | T2 = T1(V2/V1)(1 − n) | ||
| T2/T1 | p2 = p1(T2/T1)n/(n − 1) | V2 = V1(T2/T1)1/(1 − n) | T2 = T1(T2/T1) | ||
| กระบวนการเอนทาลปีคงที่ (Isenthalpic process) (กระบวนการความร้อนคงที่ที่ผันกลับไม่ได้) | เอนทาลปี[b] | p2 − p1 | p2 = p1 + (p2 − p1) | T2 = T1 + μJT(p2 − p1) | |
| T2 − T1 | p2 = p1 + (T2 − T1)/μJT | T2 = T1 + (T2 − T1) |
^ a. ในกระบวนการเอนโทรปีคงที่ เอนโทรปี (S) ของระบบมีค่าคงที่ และ p1 V1γ = p2 V2γ ภายใต้เงื่อนไขนี้ โดย γ คืออัตราส่วนความร้อนจำเพาะ (heat capacity ratio) ซึ่งในแก๊สสมบูรณ์แบบทางพลังงาน (calorically perfect gas) มีค่าคงที่ ค่าของ γ ที่ปกติใช้กับแก๊สสองอะตอม (diatomic gas) เช่นแก๊สไนโตรเจน (N2) และแก๊สออกซิเจน (O2) (และอากาศ ซึ่งประกอบไปด้วยแก๊สสองอะตอม 99%) มีค่าเท่ากับ 1.4 ส่วนค่าที่ใช้กับแก๊สอะตอมเดี่ยวเช่นแก๊สมีตระกูล ฮีเลียม (He) และอาร์กอน (Ar) มีค่าเท่ากับ 1.6 ค่า γ ในเครื่องยนต์เผาไหม้ภายในมีค่าระหว่าง 1.35 และ 1.15 ซึ่งขึ้นกับองค์ประกอบของแก๊สและอุณหภูมิ
^ b. ในกระบวนการเอนทาลปีคงที่ เอนทาลปี (H) ของระบบมีค่าคงที่ ในบริบทของการขยายตัวอิสระ (free expansion) ของแก๊สอุดมคติ อุณหภูมิมีค่าคงที่และโมเลกุลไม่มีปฏิกิริยาระหว่างกัน กลับกันในแก๊สจริงนั้น โมเลกุลมีปฏิกิริยาระหว่างกันผ่านการดึงดูดหรือผลักไสขึ้นกับความดันและอุณหภูมิ และสามารถร้อนหรือเย็นลงได้ นี่เป็นที่รู้จักว่าปรากฏการณ์จูล-ทอมสัน (Joule-Thomson effect) สำหรับการอ้างอิง สัมประสิทธิ์จูล-ทอมสัน μJT สำหรับอากาศที่อุณหภูมิห้อง ณ ระดับน้ำทะเลเท่ากับ 0.22 °C/bar[7]
เมนูนำทาง
กฎของแก๊สอุดมคติใกล้เคียง
แหล่งที่มา
WikiPedia: กฎของแก๊สอุดมคติ