imageschto-proishodit-s-davleniem-pri-izobarnom-rasshirenii-thumb.jpg

Работа при изменении объема газа

Обратите внимание, что при изобарном расширении температура газа растет, его внутренняя энергия увеличивается, и газ совершает положительную работу. Таким образом, при адиабатном расширении газ совершает работу и сам охлаждается. В этом процессе Q = 0, т.к. нет теплообмена с окружающими телами, и A = 0, т.к. оболочка недеформируема.

Работа при изобарном расширении газа. Одним из основных термодинамических процессов, совершающихся в большинстве тепловых машин, является процесс расширения газа с совершением работы. При изохорных процессах работа равна нулю, так как поршень в цилиндре не перемещается.

Поскольку при адиабатном сжатии температура газа повышается, то давление газа с уменьшением объема растет быстрее, чем при изотермическом процессе. Здесь U (T1) и U (T2) – внутренние энергии газа в начальном и конечном состояниях.

При изохорном нагревании тепло поглощается газом (Q > 0), и его внутренняя энергия увеличивается. На плоскости (p, V) процесс адиабатического расширения (или сжатия) газа изображается кривой, которая называется адиабатой.

Работа при изменении объема газа

Здесь γ = Cp / CV – показатель адиабаты, Cp и CV – теплоемкости газа в процессах с постоянным давлением и с постоянным объемом (см. §3.10). Адиабатический процесс (так же, как и другие изопроцессы) является процессом квазистатическим. Все промежуточные состояния газа в этом процессе близки к состояниям термодинамического равновесия (см. §3.3). Любая точка на адиабате описывает равновесное состояние.

Расширение газа в пустоту – пример необратимого процесса. Сосуды с теплонепроницаемыми стенками называются адиабатическими оболочками, а процессы расширения или сжатия газа в таких сосудах называются адиабатическими.

В модели можно выбирать давление газа и проводить процесс при выбранном давлении. Газ нагревается и расширяется от до 2 при постоянном давлении. Это значит, что при адиабатном процессе система может выполнять работу над внешними телами только за счет убыли своей внутренней энергии. Наоборот, при адиабатном сжатии А < 0 над газом совершается работа и газ нагревается.

График этого процесса называют адиабатой. При быстром сжатии (расширении) теплообмен произойти не успевает и процессы можно рассматривать как адиабатные (неравновесные). Как отмечалось в предыдущих темах, внутренняя энергия U термодинамической системы может быть изменена двумя способами: при совершении механической работы и при помощи теплообмена. Первое начало термодинамики является обобщением закона сохранения энергии для механических и тепловых процессов.

Но при этом трущиеся поверхности (брусок и горизонтальная поверхность) нагреваются, т.е. механическая энергия превращается во внутреннюю. Охлаждение воздуха при адиабатном расширении вызывает, например, образование облаков. Адиабатное изменение состояния газа можно выразить графически. Действительно, если к системе не подводится энергия (Q = 0), то A = –ΔU и работа может быть совершена только за счет убыли внутренней энергии системы.

Примерами адиабатных процессов могут служить процессы сжатия воздуха в цилиндре воздушного огнива, в цилиндре двигателя внутреннего сгорания. График адиабатного процесса в координатных осях p, V представлен на рисунке 111. На том же рисунке для сравнения приведен график изотермического процесса.

На рис. 3.9.1 условно изображены энергетические потоки между выделенной термодинамической системой и окружающими телами. Величина Q > 0, если тепловой поток направлен в сторону термодинамической системы. Величина A > 0, если система совершает положительную работу над окружающими телами. Согласно этому закону, энергия не может быть создана или уничтожена; она передается от одной системы к другой и превращается из одной формы в другую.

Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы над внешними телами. При изотермическом процессе вся энергия, сообщаемая газу путем теплообмена, идет на совершение газом работы. Моделируется процесс изобарного сжатия и расширения идеального газа. Возможен выбор величины внешнего давления.

Еще интересное: