Адиабатный процесс в свете первого закона термодинамики. Связь между основными термодинамическими параметрами в адиабатном процессе.

Изохорный, изобарный и изотермический процессы идеального газа в свете первого закона термодинамики

Давление (p), объем (V) и температура (T) являются основными параметрами состояния газа.
Всякое изменение состояния газа называется термодинамическим процессом.
Термодинамические процессы, протекающие в газе постоянной массы при неизменном значении одного из параметров состояния газа, называются изопроцессами. Изопроцессы являются идеализированной моделью реального процесса в газе. Изопроцессы подчиняются газовым законам. Газовые законы определяют количественные зависимости между двумя параметрами газа при неизменном значении третьего.
Газовые законы справедливы для любых газов и газовых смесей. Изотермический процесс (T =const)

Изотермическим процессом называются изменения состояния газа, протекающие при постоянной температуре.
Изотермический процесс в идеальном газе подчиняется закону Бойля-Мариотта:

Для газа данной массы произведение давления газа на его объем постоянно, если температура газа не меняется.
Формулу закона можно записать иначе

где–параметры газа в разные моменты времени
Графическое представление изотермического процесса:
график, отражающий изотермический процесс, называется изотермой.
(математически – это гипербола)

Изобарный процесс (p =const)

Изобарным процессом называются изменения состояния газа, протекающие при постоянном давлении. Изобарный процесс в идеальном газе подчиняется закону Гей-Люсака:

Для газа данной массы отношение объема газа к его температуре постоянно, если давление газа не меняется.
Формулу закона можно записать иначе где
– параметры газа в разные моменты времени
Графическое представление изобарного процесса: график, отражающий изобарный процесс, называется изобарой.
(математически – это линейная зависимость)

Изохорный процесс (V =const)

Изохорным процессом называются изменения состояния газа, протекающие при постоянном объеме.
Изохорный процесс в идеальном газе подчиняется закону Шарля:

Согласно первому закону термодинамики ΔU = Q + A.

Изотермический, изохорный и изобарный изопроцессы широко применяются в технике. Так, закон Гей-Люссака положен в основу строения газовых термометров; закон Шарля «работает» в устройствах, которые называются автоклавами, и т. п. Термодинамика изучает еще один процесс, широко применяющийся на практике, в частности в тепловых двигателях. Это так называемый адиабатный процесс.

Адиабатный процесс — это термодинамический процесс, который происходит в теп­лоизолированной системе, то есть при отсутствии теплообмена с окружающими тела­ми.

Поскольку в таком случае Q = 0, то в соответствии с первым законом термодинамики вся выполненная работа идет на изменение внутренней энергии системы: A = ΔU.

Конечно, в реальных условиях достичь такого результата практически невозможно, поскольку не существует идеальных изоляторов тепла. Но приблизиться к этому условию можно несколькими способами. Например, создать оболочки с низкой теплопроводностью (по принципу термоса) или осуществить процесс настолько быстро, чтобы теплообмен между системой и окружающими телами был непродолжительным и им можно было пренебречь.

При адиабатном сжимании газа вся выполненная работа идет на увеличение внутрен­ней энергии тела: A = ΔU. При адиабатном расширении газа A’ = —ΔU, то есть газ вы­полняет работу за счет уменьшения собственной внутренней энергии.

Адиабаты, как и изотермы, не перекрещиваются между собой. Графически на координатной плоскости pV адиабатный процесс изображается кривой, которая называется адиабатой (рис. 2.5). Она падает круче, чем изотерма, поскольку при адиабатном процессе изменение давления происходит за счет одновременного увеличения объема и уменьшения температуры. Этот вывод подтверждает также формула (24): p = nkТ, ведь увеличение объема газа ведет к уменьшению концентрации молекул газа, и потому уменьшение давления обусловливают два параметра — температура газа T и концентрация молекул n.

Вследствие адиабатного расширения газа происходит изменение его состояния, которое характеризуется уменьшением внутренней энергии; при адиабатном сжимании газа его внутренняя энергия возрастает.

Дата добавления: 2017-02-01; Просмотров: 74; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!