அழுத்தம் மாறா நிகழ்வு

அழுத்தம் மாறா நிகழ்வு (Isobaric process)

இது மாறாத அழுத்தத்தில் ஏற்படும் ஒரு வெப்ப இயக்கவியல் நிகழ்வாகும். இந்நிகழ்வில் அழுத்தம் மாறிலியாக இருந்தாலும், வெப்பநிலை, பருமன் மற்றும் அக ஆற்றல் போன்றவை மாறிலிகள் அல்ல. நல்லியல்பு வாயுச் சமன்பாட்டிலிருந்து

அழுத்தம் மாறா நிகழ்வில், கெல்வின் வெப்பநிலை பருமனுக்கு நேர்விகிதத்தில் இருக்கும்.

அழுத்தம் மாறா நிகழ்வில் V-T வரைபடம் ஆதிப்புள்ளி வழியேச்செல்லும் ஓர் நேர்க்கோடாக அமையும் என்பதை மேற்கண்ட சமன்பாடு உணர்த்துகிறது. 

வாயு ஒன்று (Vi,Ti) என்ற நிலையிலிருந்து (Vf,Tf) என்ற நிலைக்கு மாறா அழுத்தத்தில் செல்லும் போது பின்வரும் சமன்பாட்டை நிறைவு செய்யும்.

அழுத்தம் மாறா நிகழ்விற்கான எடுத்துக்காட்டுகள் 

வாயுவை வெப்பப்படுத்தும்போது வாயு வெப்பமடைந்து பின்னர் அது பிஸ்டனைத் தள்ளுகிறது. எனவே வாயுவானது வளிமண்டல அழுத்தம் மற்றும் புவியீர்ப்பு விசை இவற்றின் கூடுதலுக்குச் சமமான ஓர் விசையை பிஸ்டனின் மீது செலுத்துகிறது எனில் இந்நிகழ்வு ஓர் அழுத்தம்மாறா நிகழ்வாகும். இது படம் 8.33 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.

நமது வீட்டு சமையல் அறையில் நடைபெறும் பெரும்பாலான சமையல் நிகழ்வுகள் அழுத்தம் மாறா நிகழ்வுகள் ஆகும். திறந்த பாத்திரத்தில் உணவினை சமைக்கும் போது உணவிற்கு மேலே உள்ள அழுத்தம் எப்போதும் வளிமண்டல அழுத்தத்திற்குச் சமமாகும். இது படம் (8.34) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.

படம் 8.35 இல் காட்டியுள்ளவாறு அழுத்தம் மாறா நிகழ்விற்கான PV வரைபடம் பரும் அச்சுக்கு இணையாகச் செல்லும் ஓர் கிடைத்தளக் கோடாகும். பருமன் குறையும் அழுத்தம் மாறா நிகழ்வினை படம் 8.35 (a) காட்டுகிறது. 

பருமன் அதிகரிக்கும் அழுத்தம் மாறா நிகழ்வினை படம் 8.35 (b) காட்டுகிறது.

அழுத்தம் மாறா நிகழ்வில் செய்யப்பட்ட வேலை 

வாயுவால் செய்யப்பட்ட வேலை

அழுத்தம் மாறா நிகழ்வில், அழுத்தம் ஓர்மாறிலியாகும். எனவே p தொகையீட்டிற்கு வெளியே உள்ளது

இங்கு, ΔV என்பது பருமனில் ஏற்பட்ட மாற்றத்தைக் குறிக்கிறது. ΔV எதிர்க்குறியாக இருந்தால், W எதிர்க்குறியாக இருக்கும். இது வாயுவின் மீது வேலை செய்யப்படுகிறது என்பதைக் காட்டுகிறது. ΔV நேர்க்குறியாக இருந்தால், W நேர்க்குறியாகும். இது வாயுவால் வேலை செய்யப்படுகிறது என்பதைக் காட்டுகிறது. 

சமன்பாடு (8.48) ஐ நல்லியல்பு வாயுச் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி மாற்றி அமைக்கலாம்.

இதனைச் சமன்பாடு (8.48) இல் பிரதியிடும் போது

எனக் கிடைக்கும். 

PV வரைபடத்தில், அழுத்தம் மாறா வளைகோட்டிற்குச் கீழே உள்ள பரப்பு, அழுத்தம் மாறா நிகழ்வினால் செய்யப்பட்ட வேலைக்குச் சமமாகும். படம் 8.36 இல் காட்டப்பட்டுள்ள நிழலிடப்பட்ட பகுதி வாயுவால் செய்யப்பட்ட வேலைக்குச் சமமாகும்.

அழுத்தம் மாறா நிகழ்விற்கான வெப்ப இயக்கவியல் முதல் விதியை பின்வருமாறு எழுதலாம்.

எடுத்துக்காட்டு 8.19

இரண்டு வெவ்வேறு அழுத்தங்களில் நடைபெறும் அழுத்தம் மாறா நிகழ்வுகளுக்கான V-வரைபடம் கீழே காட்டப்பட்டுள்ளது. இவற்றுள் எந்நிகழ்வு உயர் அழுத்தத்தில் நடைபெறும் என்று கண்டறிக

தீர்வு 

நல்லியல்பு வாயுச் சமன்பாட்டிலிருந்து,

V = (µR/P)T

V - T வரைப்படம் ஆதிப்புள்ளி வழியேச் செல்லும் ஓர் நேர்க்கோடாகும்.

அதன் சாய்வு = µR/P

V-T வரைபடத்தின் சாய்வு, அழுத்தத்திற்கு எதிர்விகிதத் தொடர்புடையது ஆகும். சாய்வு பெருமமாக இருப்பின், அழுத்தம் குறைவானதாகும். 

இங்கு P1 இன் சாய்வு P2 வை விட அதிகம். எனவே P2 > P1.

T யினை x அச்சிலும் V யினை y அச்சிலும் வைத்து இவ்வரைபடத்தை வரைந்திருந்தால், P2 > P1 ஆக இருக்குமா? சிந்தித்து உனது விடையைக் கூறுக

எடுத்துக்காட்டு 8.20

27°C வெப்பநிலையில் உள்ள 1 மோல் நல்லியல்பு வாயு 1 MPa அழுத்தத்தில் உருளை ஒன்றினுள் அடைத்து வைக்கப்பட்டுள்ளது. அதன் பருமன் இருமடங்காகும் வரை அதனை விரிவடைய அனுமதித்து பின்னர் கீழ்க்கண்டவற்றைக் கணக்கிடுக.

(a) (i) இப்பரும் விரிவு வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா முறையில் நடந்தால், வாயுவால் செய்யப்பட்ட வேலை என்ன? 

(ii) இப்பரும் விரிவு அழுத்தம் மாறா முறையில் நடந்தால், வாயுவால்   செய்யப்பட்ட வேலை என்ன ? 

(iii) இப்பரும் விரிவு வெப்பநிலை மாறா முறையில் நடந்தால், வாயுவால் செய்யப்பட்ட வேலை என்ன? 

(b) மேற்கண்ட மூன்று நிகழ்வுகளிலும், எந்நிகழ்வில் அக ஆற்றலில் பெரும் மாற்றம் அடைகிறது மற்றும் எந்நிகழ்வில் சிறும் மாற்றம் ஏற்படுகின்றது. 

(c) இம்மூன்று நிகழ்வுகளுக்கான வரைபடத்தை வரையவும் 

(d) இம்மூன்று நிகழ்வுகளில் எந்நிகழ்வில் வெப்பம் வாயுவுக்கு அதிக வெப்பம் அளிக்கப்பட்டிருக்கும் மற்றும் எந்நிகழ்வில் வாயுவுக்கு குறைவாக வெப்பம் அளிக்கப்பட்டிருக்கும்? 

தீர்வு :

(a) (i) வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா நிகழ்வில் அமைப்பினால் செய்யப்பட்ட வேலை

இறுதி வெப்பநிலை Tf ஐக் கண்டறிய வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா நிலைச்சமன்பாடு

ஐப் பயன்படுத்த வேண்டும்.

(ii) அழுத்தம் மாறா நிகழ்வில் அமைப்பினால் செய்யப்பட்ட வேலை

W = P ∆V = P(Vf – Vi)

மேலும் Vf = 2Vi         எனவே,   W = 2PVi

Vi. ஐக் கணக்கிட, நல்லியல்பு வாயுச் சமன்பாட்டை தொடக்க நிலைக்கும் பயன்படுத்த வேண்டும் 

PiVi = RTi

அழுத்தம் மாறா நிகழ்வின் போது செய்யப்பட்ட வேலை W = 2 × 106 × 24.9 × 10−4 = 4.9 kJ 

(iii) வெப்பநிலை மாறா நிகழ்வில் அமைப்பினால் செய்யப்பட்ட வேலை

வெப்பநிலை மாறா நிகழ்வில் தொடக்க அறை வெப்பநிலை ஒரு மாறிலியாகும். 

எனவே W = 1 × 8.3 × 300 × ln(2) = 1.7kJ

(b) இம்மூன்று நிகழ்வுகளையும் ஒப்பிட்டுப் பார்க்கும்போது அழுத்தம் மாறா நிகழ்வில் செய்யப்பட்ட வேலை, பெருமமதிப்பையும், வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா நிகழ்வில் செய்யப்பட்ட வேலை சிறும மதிப்பையும் பெற்றுள்ளன. 

(c) இம்மூன்று நிகழ்வுகளுக்கான PV வரைபடம் கீழே காட்டப்பட்டுள்ளது.

AB வளைகோட்டிற்குக் கீழே உள்ள பரப்பு = அழுத்தம் மாறா நிகழ்வில் செய்யப்பட்ட வேலை 

AC வளை கோட்டிற்குக் கீழே உள்ள பரப்பு = வெப்பநிலை மாறா நிகழ்வில் செய்யப்பட்ட வேலை 

AD வளைகோட்டிற்குக் கீழே உள்ள பரப்பு = வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா நிகழ்வில் செய்யப்பட்ட வேலை 

PV வரைபடத்தில் AB வளைகோட்டிற்குக் கீழே உள்ள பரப்பு மற்ற வளைகோடுகளின் பரப்பைவிட அதிகம். எனவே அழுத்தம் மாறா நிகழ்வில் செய்யப்பட்ட வேலை பெரும்மதிப்பையும் வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா நிகழ்வில் செய்யப்பட்ட வேலை சிறும் மதிப்பையும் பெற்றுள்ளன.

(d) வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா நிகழ்வில் அமைப்பிற்கு எவ்விதமான வெப்பமும் செல்லவில்லை அதேபோன்று அமைப்பிலிருந்து எவ்விதமான வெப்பமும் வெளியேறவும் இல்லை . வெப்பநிலை மாறா நிகழ்வுடன் ஒப்பிடும் போது அழுத்தம் மாறா நிகழ்வில் செய்யப்பட்ட வேலை அதிகம் எனவே வெப்பமும் அதிகம்.