مقالات
در حال خواندن
گاز ایده آل و اهمیت آن
0

گاز ایده آل و اهمیت آن

توسط Milad sakaki۸ آذر, ۱۳۹۵

ایا تا کنون فکر کرده اید چرا مفهوم گاز ایده ال در ترمودینامیک چرا مهم است؟

گاز کامل (Ideal Gas) گازی است که بین مولکول های آن جاذبه ای وجود ندارد. مولکول های چنین گازی کاملا از هم جدا بوده و از نیروی جاذبه یکدیگر مستقل هستند. بنابراین انرژی منتقل شده به یک گاز ایده آل هیچ تاثیری روی انرژی پتانسیل آن نخواهد داشت.

گاز ایده آل

گاز ایده آل

مفهوم گاز کامل یا ایده آل، حل بسیاری از مسایلی را که با تغییر شرایط گاز مرتبط هستندساده می کند. بسیاری از مسایل پیچیده مکانیک با فرض عدم وجود اصطکاک، ساده شده و تاثیر اصطکاک، جداگانه منظور می گردد. کار یک گاز ایده آل نیز مثل یک سطح بدوناصطکاک می باشد و فرض می شود گاز ایده آل، شرایط خود را بدون اصطکاک داخلی یعنی بدون انجام کار خارجی برای غلبه بر نیروهای بین مولکولی، تغییر دهد.

تصور اصطکاک داخلی چندان مشکل نیست. مایعی مثل روغن به دلیل اصطکاک داخلی ناشی از جاذبه مولکولی قوی، به راحتی جریان نمی یابد ولی هنگامی که گرم شود و مولکول ها انرژی اضافی ذخیره نمایند، نیروی جاذبه بین مولکولی تا اندازه ای از بین می رود، اصطکاک داخلی کاهش یافته و مایع به آسانی جریان می یابد. بدیهی است تبخیر سیال موجب زیاد شدن فاصله مولکول ها و کاهش اصطکاک داخلی می شود. ولی هنوز هم بین مولکول ها مقدار زیادی جاذبه وجود دارد. در حالت گازی هنگامی که گاز به فازمایع نزدیک تر است، نیروی بین مولکولی زیاد می باشد ولی با گرم شدن گاز و افزایش دمای آن تا دمای اشباع، به سرعت کاهش می یابد. یک گاز هنگامی به حالت ایده آل می رسد که نیروهای بین مولکولی و اصطکاک داخلی قابل صرفنظر کردن باشند. بنابراین عملا چیزی به نام گاز ایده آل یا کامل وجود نخواهد داشت. گازهایی مثل هوا،نیتروژن ،هیدروژن و هلیوم چنان به شرایط ایده آل نزدیک هستند که خطای ناشی از ایده آل در نظر گرفتن آن ها، اغلب قابل اغماض است.

هر چند درک و استفاده از قوانین گازهای کامل در رشته تبریدمهم است ولی باید دقت نمود که گازهای مورد استفاده در سیکل های تبرید مکانیکی به نقطه اشباع نزدیک می باشد (یعنی به صورتبخار هستند) و به شرایط گاز ایده آل یا کامل نمی رسند. لذا فقط در موارد کلی از قوانین گازهای ایده آل تبعیت نموده و بنابراین برای استفاده از این قوانین رابطه فشار، حجم و دمای چنین بخارهایی، خطاهای قابل ملاحظه ای به وجود خواهد آورد. هنگام کار با بخارها اغلب لازم است از مقادیری که به طور تجربی یا از طریق محاسبات خیلی پیچیده به دست آمده اند و یا از مقادیر موجود در جداول و یا نمودارها استفاده می شود.1-120

 هنگامی که گازی از شرایط یا حالت اولیه به حالت یا شرایط نهایی می رسد، می گویند تحولی را طی کرده است. تغییر شرایط یک گاز، ممکن است به طرق مختلف انجام شود، که فقط پنج تا از آن ها مطرح هستند:

 

تحولات گاز ایده آل
  1. تحول فشار ثابت (ایزوبار)
  2. تحول حجم ثابت (ایزومتریک)
  3. تحول دما ثابت (ایزوترمال)
  4. تحول ادیاباتیک
  5. تحول پلی تروپیک

در بررسی گازهای ایده آل فرض شد مولکول ها از هم چنان دور هستند که نیروی جاذبه ای روی همدیگر ندارند و انرژی جذب شده به وسیله گاز هیچ تاثیری بر انرژی پتانسیل داخلی ندارد. بنابراین کل انرژی جذب شده به وسیله گاز یا انرژی جنبشی داخلی دمای آن را افزایش می دهد یا به صورت کار خارجی از آن خارج یا صرف هر دو مورد می شود. و چون تغییر انرژی پتانسیل داخلی ΔPهمواره صفر است. معادله عمومی انرژی برای گاز ایده آل به صورت زیر نوشته می شود.

ΔW+ΔK=ΔQ

 

برای درک بهتر مفهوم تغییرات انرژی در طی فرایندها باید به خاطر بسپاریم که تغییر دمای گاز نشانگر تغییر انرژی جنبشی داخلی آن می باشد در حالی که تغییر حجم بیانگر تغییر انرژی جنبشی داخلی آن می باشد در حالی که تغییر حجم بیانگر انجام کار بر روی گاز یا به وسیله آن است.

قانون گاز ایده آل:

PV=nRT=NkT

n: تعداد مول

R: ثابت گازها ۸.۳۱۴۵ J/mol K

N: تعداد مولکول

K: ثابت بولتزمان ۱.۳۸۰۶۶ x 10-۲۳ J/K

فرق گاز کامل و حقیقی

گاز کامل یک مفهوم ایده آل برای ساده سازی خواص گاز در تحلیل های ترمودینامیکیه . همه گازها گاز حقیقی هستند . فرض گاز کامل بیانگر اینه که فاصله میانگین برخورد میان مولکولها به اندازه کافی زیاده و می شه از برخورد های بین مولکولی و برهم کنش مولکولی صرف نظر کرد .

واکنش شما چیست؟
I like it
100%
interested
0%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
Milad sakaki
دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید