فرآیندهای ترمودینامیکی ایستاوار

علم ترمودینامیک عبارت است از مطالعه گرما و رابطه آن با سایر شکل های انرژی

واژه ترمو(Thermos) به معنای گرما و دینامیک (Dynamics) ناظر بر حرکت بوده و هر دو در بحث ترمودینامیک نقش حیاتی دارند.

مقداری گاز کامل را داخل استوانه قرار داده ایم که با پیستونى بدون اصطکاک مسدود شده و می تواند درون استوانه حرکت کند. در شبیه سازهای گذشته با معادله حالت گازهای کامل آشنا شده ایم، اکنون فرآیندهای ترمودینامیکی را در حالت ایستاوار بررسی خواهیم کرد.

سه فرآیند مهمی که در این شبیه ساز بررسی خواهیم کرد

1. فرآیند هم حجم: حجم ثابت بوده و پیستون حرکتی ندارد، دما با فشار رابطه مستقیم دارند.
2. فرآیند هم دما: دما ثابت، حجم و فشار رابطه عکس دارند.
3. فرآیند هم فشار: فشار گاز را مطابق فشار محیط ثابت نگه داشته، دما و حجم رابطه مستقیم خواهند داشت.

توجه مهم: اگر از گوشی استفاده می کنید حتما آن را در حالت افقی قرار دهید.

شروع آزمایش با فرآیند هم فشار

همه موارد آماده است فقط کافی است روی گزینه "ثبت تغییرات" کلیک کنید تا سیستم آماده انجام آزمایش شود. سپس دکمه "شروع" را کلیک کرده و مشاهده کنید چگونه با ورود/خروج گرما باعث افزایش/کاهش دما می شود، حجم نیز افزایش/کاهش پیدا کرده و کار انجام می شود. در صورت نیاز می توانید پس از اتمام آزمایش دوباره روی ثبت تغییرات کلیک کرده و آزمایش را تکرار کنید. حتما به نمودار های حجم_دما ، فشار_دما و فشار_حجم توجه کنید و سعی کنید علت رسم هر نمودار را توجیه کنید.

برای مشاهده راحت تر نمودار ها می توانید عدد فشار که ثابت است را روی مقدار دلخواه قرار دهید، همچنین متغیرهای دما و حجم را نیز عددهای گوناگونی دهید. پیشنهاد می شود برای وضوح بیشتر برای مقادیر فشار و دما از اعداد کوچکی استفاده کرده و عدد حجم را بزرگ قرار دهید. 

گام دوم، فرآیند هم حجم

ابتدا برای مشاهده بهتر فرآیند مقدار عددی حجم را روی 2 یا 3 دسی متر مکعب قرار دهید، می توانید از بین متغیرهای موجود در وضعیت اولیه یا نهایی یکی را انتخاب کرده(کافی است روی اسم آن کلیک کنید) و کارهای جالبی انجام دهید: 

اگر از وضعیت اولیه به عنوان مثال متغیر دما را انتخاب کنید، دیگر نمی توانید مستقیما عدد آن را تغییر دهید بلکه باید با تغییر عدد فشار وضعیت اولیه یا دما و فشار وضعیت ثانویه می توانید روی آن تاثیر بگذارید.

برای وضعیت نهایی نیز همین طور است؛ یعنی اگر به فرض فشار را انتخاب کنید دیگر نمی توانید عدد آن را مستقیم تغییر دهید، بلکه باید با تغییر دما یا تغییر در متغیرهای دما و فشار وضعیت اولیه روی آن تاثیر بگذارید.

پس از اتمام ویرایش اعداد، ثبت تغییرات را بزنید و روی دکمه شروع کلیک کنید تا آزمایش انجام شود و نمودار های مختلف را مشاهده کنید. آیا می توانید شرایطی را ایجاد کنید که گرما از سیستم خارج شود؟

و در نهایت، فرآیند هم دما

متغییر های ترمودینامیکی را مطابق میل خود تغییر دهید تا حجم سیستم کاهش یا افزایش یابد و نمودار های آن را مطالعه کنید. آیا می توان وضعیت را طوری قرار دهد که محیط روی سیستم کار انجام دهد و به محیط گرما وارد شود؟