8.2 Kaasun tilanmuutos vakiopaineessa
FY03 Energia ja lämpö
Isobaarinen prosessi
- Kaasun tilanmuutosta vakiopaineessa kutsutaan isobaariseksi prosessiksi
- Paineen p ollessa vakio kaasun tilavuuden V ja absoluuttisen lämpötilan T suhde on vakio suljetussa systeemissä
\frac{V}{T} = \text {vakio}
\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}
Laskuissa lämpötila aina kelvineinä!
Yhtälö alku- ja lopputilanteiden avulla:
Kuva: Resonanssi 3 (e-Oppi)
\frac{V}{T} = \text {vakio}
Absoluuttinen nollapiste
Lämpötilan ja tilavuuden välillä lineaarinen riippuvuus (suoran kulmakerroin vakio)
Huomaa lämpötilan yksikkö!
Kuva: Resonanssi 3 (e-Oppi)
Esimerkki 1
Kerrostalon saunan tilavuus on 6,0 m³. Lämmityksen alkaessa lämpötila saunassa on 23 °C ja kylpijöiden mennessä saunaan lämpötila on 85 °C.
Kuinka paljon saunasta on lämmittämisen aikana poistunut ilmaa? Oletetaan ilmanpaineen pysyneen muuttumattomana.
Kaasun tilanmuutos tapahtuu vakiopaineessa eli prosessi on isobaarinen. Tällöin kaasun tilavuuden ja lämpötilan suhde on yhtä suuri alku- ja lopputilanteessa.
\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}
\text {tilavuus alussa} \ V_1 = 6,0 \ \text m^3
\text {lämpötila alussa} \ T_1 = 23 \ \degree \text C = (23 + 273,15) \ \text K = 296,15 \ \text K
\text {lämpötila lopussa} \ T_2 = 85 \ \degree \text C = (85 + 273,15) \ \text K = 358,15 \ \text K
V_2 = \frac{6,0 \ \text m^3 \ \cdot \ 358,15 \ \text K}{296,15 \ \text K}
\text {tilavuus lopussa} \ V_2 = ?
V_2 = \frac{V_1T_2}{T_1}
V_2 = 7,25612 \ \text m^3 \approx 7,3 \ \text m^3
Ilman tilavuus (kaikki ei mahdu saunaan)
\Delta V =7,3 \ \text m^3 - 6,0 \ \text m^3
\Delta V= 1,3 \ \text m^3 (= 1300 \ \text l)
Siispä Gay-Lussacin lain mukaan
Ilmaa on siis poistunut
\Delta V = V_2 - V_1
Isobaarinen prosessi mikrotasolla
-
Kaasusäiliön sisällä vallitseva paine ei muutu
- Paine aiheutuu kaasun rakenneosien törmäyksistä säiliön seinämiin
-
Lämpötilan kasvaessa kaasun rakenneosasten keskimääräinen nopeus (ja keskimääräinen liike-energia) kasvaa
- Lämpöliike kasvaa
-
Rakenneosaset törmäilevät useammin säiliön seinämiin
- Paine pyrkii kasvamaan
- Säiliö laajenee vapaasti, joten paine säiliön sisällä asettuu yhtä suureksi kuin säiliön ulkopuolinen paine
Isobaarit
- (T, V) -koordinaatiston vakiopainekäyriä kutsutaan isobaareiksi
- Mitä suurempi on kaasun paine, sitä suuremmaksi kaasusäiliö laajenee lämpötilan kasvaessa
Suuri paine
Pieni paine
Kuva: Resonanssi 3 (e-Oppi)
8 Kaasun tilanmuutos vakiopaineessa
By pauliinak
8 Kaasun tilanmuutos vakiopaineessa
FY03 Energia ja lämpö
