[تمرین ۵-۳] [فیزیک] [دهم]
مشابه آنچه که برای تراکم هم دما شرح دادیم، انبساط هم دمای گاز کامل را شرح دهید و علامت های Q و W را برای چنین فرایندی تعیین و نمودارهای P-T و V-T را برای آن رسم کنید.
پاسخ تشریحی و گام به گام [تمرین ۵-۳] [فیزیک] [دهم]
**شرح فرآیند انبساط همدما (Isothermal Expansion):**
در این فرآیند، یک گاز کامل در حالی **منبسط** میشود (حجمش زیاد میشود) که دمای آن **ثابت** نگه داشته میشود. برای ثابت نگه داشتن دما، گاز باید در تماس با یک **منبع گرمایی** بزرگ باشد و فرآیند باید به **آرامی** انجام شود تا فرصت تبادل گرما وجود داشته باشد.
**تعیین علامت Q و W:**
1. **کار (W):**
* در **انبساط**، گاز به پیستون یا محیط اطراف خود فشار وارد کرده و آن را به عقب میراند. پس **گاز روی محیط کار انجام میدهد**.
* طبق قرارداد، کاری که توسط سیستم (گاز) انجام میشود، **مثبت** است. بنابراین: **$W > 0$**
2. **تغییر انرژی درونی ($\Delta U$):**
* برای یک **گاز کامل**، انرژی درونی فقط و فقط به **دما** بستگی دارد.
* چون فرآیند **همدما** است، تغییر دما صفر است ($\Delta T = 0$).
* بنابراین، تغییر انرژی درونی نیز صفر است: **$\Delta U = 0$**
3. **گرما (Q):**
* از **قانون اول ترمودینامیک** استفاده میکنیم: $\Delta U = Q - W$
* مقادیر را جایگذاری میکنیم: $0 = Q - W$
* که نتیجه میدهد: **$Q = W$**
* از آنجایی که $W > 0$ است، پس $Q$ نیز باید مثبت باشد: **$Q > 0$**
* **تفسیر:** برای اینکه گاز منبسط شود و کار انجام دهد، بدون اینکه دمایش پایین بیاید، باید معادل همان مقدار کار، از منبع گرمایی **گرما جذب کند**.
**رسم نمودارها:**
در فرآیند انبساط همدما، دما (T) ثابت است، حجم (V) افزایش و فشار (P) کاهش مییابد.
* **نمودار P-T (فشار بر حسب دما):**
چون دما (محور افقی) ثابت است، و فشار (محور عمودی) از یک مقدار اولیه $P_1$ به مقدار نهایی $P_2$ کاهش مییابد، نمودار یک **خط عمودی رو به پایین** در دمای ثابت $T$ است.
* **نمودار V-T (حجم بر حسب دما):**
چون دما (محور افقی) ثابت است، و حجم (محور عمودی) از مقدار اولیه $V_1$ به مقدار نهایی $V_2$ افزایش مییابد، نمودار یک **خط عمودی رو به بالا** در دمای ثابت $T$ است.
