Что такое изобарический процесс
Определение
Изобарическим (или изобарным) процессом называется процесс, происходящий в неизменной массе газа при постоянном давлении.
Запишем уравнение для двух состояний идеального газа:
\ \
Разделим уравнение (2) на уравнение (1), получим уравнение изобарного процесса:
\[\frac{V_2}{V_1}=\frac{T_2}{T_1}\ (3)\]
\[\frac{V}{T}=const\ \left(4\right).\]
Уравнение (4) называют законом Гей-Люссака.
Внутренняя энергия и количество теплоты изобарического процесса
Этот процесс происходит с подводом тепла, если объем увеличивается, или его отводом, чтобы уменьшать объем. Запишем первое начало термодинамики, последовательно получим выражения для работы, внутренней энергии и количества теплоты изобарного процесса:
\[\delta Q=dU+dA=\frac{i}{2}\nu RdT+pdV,\ \left(5\right).\] \[\triangle Q=\int\limits^{T_2}_{T_1}{dU}+\int\limits^{V_2}_{V_1}{dA}(6)\]
где $\delta Q\ $- элементарное тепло, подводимое к системе, $dU$- изменение внутренней энергии газа в проводимом процессе, $dA$- элементарная работа, которую совершает газ в процессе, i-число степеней свободы молекулы газа, R -- универсальная газовая постоянная, d - количество молей газа.
Изменение внутренней энергии газа:
\[\triangle U=\frac{i}{2}\nu R{(T}_2-T_1)\ (7)\] \
Уравнение (8) определяет работу для изобарного процесса. Вычтем из (2) уравнение (1), получим еще одно уравнение для работы газа в изобарном процессе:
\ \[\triangle Q=\frac{i}{2}нR{(T}_2-T_1)+\nu R{(T}_2-T_1)=c_{\mu p}\nu \triangle T\ (10),\]
где $c_{\mu p}$ -- молярная теплоёмкость газа при изобарном процессе. Уравнение (10) определяет количество теплоты, сообщаемое газу массы m в изобарном процессе при увеличении температуры на $\triangle T.$
Изопроцессы очень часто изображают на термодинамических диаграммах. Так, линия, изображающая на такой диаграмме изобарический процесс, называется изобарой (рис.1).
Пример 1
Задание: Определите, как соотносятся давления $p_1$ и $p_2$ на диаграмме V(T) рис 1с.
Проведем изотерму $T_1$
В точках А и В температуры одинаковы, следовательно, газ подчиняется закону Бойля -- Мариотта:
\ \
Переведем данные объемы в СИ: $V_1=2л=2{\cdot 10}^{-3}м^3$, $V_2=4л=4{ 10}^{-3}м^3$
Проведем вычисления:
Ответ: Работа газа в изобарном процессе 600 Дж.
Пример 3
Задание: Сравните работу газа в процессе ABC и работу над газом в процессе CDA рис 3.
За основу решения примем формулу, определяющую работу газа:
Из геометрического смысла определенного интеграла известно, что работа -- есть площадь фигуры, которая ограничена функцией подынтегрального выражения, осью абсцисс, и изохорами в точках $V_1\ и\ V_2$ (оси p(V)). Переведем графики процессов в оси p(V).
Рассмотрим каждый отрезок графиков процессов изображенных на рисунке (3).
АВ: Изохорный процесс (p=const), $V\uparrow \left(\ Объем\ растет\right),\ T\uparrow $;
ВС: Изохорный процесс (V =const), $T\uparrow $ (из графика), p$\uparrow $, из закона для изохорного процесса ($\frac{p}{T}=const$);
CD: (p=const), $V\downarrow ,\ T\downarrow ;$
DA: (V =const), $T\downarrow ,\ p\downarrow .$
Изобразим графики процессов в осях p(V) (рис.4):
Работа газа $A_{ABC}=S_{ABC}$ ($S_{ABC}$ -- площадь прямоугольника ABFE) (рис. 3). Работа над газом $A_{CDA}=S_{CDA}$ ($S_{CDA}$)$\ -площадь\ прямоугольника\ $EFCD.Очевидно, что $A_{CDA}>A_{ABC}.$
Изопроцессы - термодинамические процессы, во время которых количество вещества и ещё одна из физических величин - параметров состояния: давление, объёмили температура - остаются неизменными. Так, неизменному давлению соответствует изобарный процесс, объёму - изохорный, температуре - изотермический,энтропии - изоэнтропийный (например, обратимый адиабатический процесс). Линии, изображающие данные процессы на какой-либо термодинамической диаграмме, называются изобара, изохора, изотерма и адиабата соответственно. Изопроцессы являются частными случаями политропного процесса.
Изобарный процесс
Изобарный процесс (др.-греч. ισος, isos - «одинаковый» + βαρος, baros - «вес») - процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном давлении ()
Зависимость объёма газа от температуры при неизменном давлении была экспериментально исследована в 1802 году Жозефом Луи Гей-Люссаком. Закон Гей-Люссака: При постоянном давлении и неизменных значениях массы газа и его молярной массы, отношение объёма газа к его абсолютной температуре остаётся постоянным: V/T = const.
Изохорный процесс
Основная статья: Изохорный процесс
Изохорный процесс (от греч. хора - занимаемое место) - процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объёме (). Для идеальных газов изохорический процесс описывается законом Шарля: для данной массы газа при постоянном объёме, давление прямо пропорционально температуре:
Линия, изображающая изохорный процесс на диаграмме, называется изохорой.
Ещё стоит указать что поданная к газу энергия расходуется на изменение внутренней энергии то есть Q = 3* ν*R*T/2=3*V*ΔP, где R - универсальная газовая постоянная, ν количество молей в газе, T температура в Кельвинах, V объём газа, ΔP приращение изменения давления. а линию, изображающая изохорный процесс на диаграмме, в осях Р(Т), стоит продлить и пунктиром соединить с началом координат, так как может возникнуть недопонимание.
Изотермический процесс
Изотермический процесс (от греч. «термос» - тёплый, горячий) - процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянной температуре ()(). Изотермический процесс описывается законом Бойля - Мариотта:
При постоянной температуре и неизменных значениях массы газа и его молярной массы, произведение объёма газа на его давление остаётся постоянным: PV = const.
Графики изопроцессов в различных системах координат
Адиабатический процесс
Адиабатический процесс - это такое изменение состояний газа, при котором он не отдает и не поглощает извне теплоты. Следовательно, адиабатический процесс характеризуется отсутствием теплообмена газа с окружающей средой. Адиабатическими можно считать быстро протекающие процессы. Так как передачи теплоты при адиабатическом процессе не происходит, то и уравнение I начала термодинамики принимает вид
Основные термодинамические свойства идеальных газов
При исследовании термодинамических процессов используется уравнение состояния
и математическое выражение первого закона термодинамики
При изучении термодинамических процессов идеальных газов, в общем случае требуется определить уравнение кривой процесса в PV , PT , VT диаграмме, установить связь между термодинамическими параметрами и определить следующие величины:
− изменение внутренней энергии рабочего тела
(формула справедлива не только для V = const , но и для любого процесса)
− определить внешнюю (термодинамическую) удельную работу
и располагаемую удельную работу
−количество теплоты, участвующей в термодинамическом процессе
Где – теплоемкость процесса
–изменение энтальпии в термодинамическом процессе
(формула справедлива не только при p = const , но и в любом процессе)
– доля теплоты, которая расходуется на изменение внутренней энергии в данном процессе:
–доля теплоты, превращается в полезную работу в данном процессе
В общем случае любые два термодинамических параметра из трех (P , V , T ) могут изменяться произвольно. Для практики наибольший интерес представляют следующие процессы:
Процессы при постоянном объеме (V = const ) – изохорный.
При постоянном давлении (P = const ) – изобарный.
При постоянной температуре (T = const ) – изотермический.
Процесс dq =0 (протекающий без теплообмена рабочего тела с окружающей средой) – адиабатный процесс.
Политропный процесс, который, при определенных условиях, можно рассматривать как обобщающий по отношению ко всем основным процессам.
В дальнейшем будем рассматривать 1-й закон термодинамики и величины, входящие в него, как отнесенные к 1кг массы.
Процесс при постоянном объеме
(изохорный процесс)
Такой процесс может совершается рабочим телом, например, находящимся в сосуде не меняющем свой объем, если к рабочему телу подводится теплота от источника теплоты или отводится теплота от рабочего тела к холодильнику.
При изохорном процессе V = const и dV =0 . Уравнение изохорного процесса получается из уравнения состояния при V = const .
– закон Шарля (*)
То есть при V = const давление газа пропорционально абсолютной температуре. При подводе теплоты давление увеличивается, при отводе уменьшается.
Изобразим процесс при V = const в pV , pT и VT диаграммах.
В p V – диаграмме изохора 1-2– вертикальная прямая, параллельная оси p . В процессе 1-2 теплота подводится к газу, давление увеличивается, а следовательно из уравнения (*) увеличивается температура. В обратном процессе 2-1 теплота отводится от газа, в результате чего уменьшается внутренняя энергия газа и понижается его температура, т.е. процесс 1-2 – нагревание, 2-1 – охлаждение газа.
В p T –диаграмме изохоры – прямые линии, выходящие из начала координат с угловым коэффициентом (коэффициент пропорциональности)
Причем чем выше уровень объема, тем ниже лежит изохора.
В VT – диаграмме изохоры – прямые параллельные оси T .
Внешняя работа газа в изохорном процессе:
поскольку
Располагаемая удельная работа
Изменение внутренней энергии газа в изохорном процессе, если
Удельная теплота, подводимая к рабочему телу, при
Поскольку при V = const газ не совершает работы (dl =0 ), то уравнение первого закона термодинамики примет вид:
То есть в процессе при V = const вся теплота, подводимая к рабочему телу, расходуется на увеличение внутренней энергии, то есть на повышение температуры газа. При охлаждении газа его внутренняя энергия уменьшается на величину отводимой теплоты.
Доля теплоты, расходуемой на изменение внутренней энергии
Доля теплоты, расходуемой на совершение работы
Процесс при постоянном давлении
(изобарный процесс)
Изобарный процесс, например, может протекать в цилиндре под поршнем, который перемещается без трения так, что давление в цилиндре остается постоянным.
При изобарном процессе p = const , dp =0
Уравнение изобарного процесса получается при p = const из уравнения состояния:
– закон Гей-Люссака (*)
В процессе при p = const объем газа пропорционален температуре, то есть при расширении газа температура, а следовательно и внутренняя энергия, увеличивается, а при сжатии – уменьшается.
Изобразим процесс в pV , pT , VT – диаграммах.
В pV –диаграмме процессы при p = const изображаются прямыми, параллельными оси V . Площадь прямоугольника 12дает в соответствующем масштабе работу газа l . В процессе 1-2 к газу подводится теплота, поскольку удельный объем увеличивается, а следовательно по уравнению (*) увеличивается температура. В обратном процессе 2-1 теплота отводится от газа, в результате уменьшается внутренняя энергия и температура газа, т.е. процесс 1-2– нагревание, а 2-1– охлаждение газа.
В VT – диаграмме изобары представляют собой прямые линии, выходящие из начала координат, с угловым коэффициентом .
В pT – диаграмме изобары представляют собой прямые, параллельные оси T .
Работа газа в изобарном процессе (p = const )
Поскольку, то
То есть если температура газа увеличивается, то работа положительна.
Располагаемая работа
поскольку ,.
Изменение внутренней энергии газа, если
Количество теплоты, сообщенное газу при нагревании (или отдаваемое им при охлаждении), если
То есть теплота, подведенная к рабочему телу в изобарном процессе, идет на увеличение его энтальпии, т.е. в изобарном процессе является полным дифференциалом.
Уравнение первого закона термодинамики имеет вид
Доля теплоты, расходуемая на изменение внутренней энергии в изобарном процессе,
где k – показатель адиабаты.
Доля теплоты, расходуемая на выполнение работы при p = const ,
В МКТ , n –число степеней свободы.
Для одноатомного газа n =3 и тогда φ=0.6, ψ=0.4, то есть на выполнение внешней работы идет 40% сообщаемой газу теплоты, а 60% − на изменение внутренней энергии тела.
Для двухатомного газа n =5 и тогда φ=0.715, ψ=0.285, то есть на выполнение внешней работы идет ≈28,5% сообщаемой газу теплоты и 71,5% на изменение внутренней энергии.
Для трехатомного газа n =6 и тогда φ=0.75, ψ=0.25, то есть на выполнение внешней работы идет 25% теплоты (паровой двигатель).
Процесс при постоянной температуре
(изотермический процесс)
Такой термодинамический процесс может протекать в цилиндре поршневой машины, если по мере подвода теплоты к рабочему телу поршень машины перемещается, увеличивая объем настолько, что температура рабочего тела остается постоянной.
При изотермическом процессе T = const , dT =0.
Из уравнения состояния
−закон Бойля-Мариотта.
Следовательно, в процессе при постоянной температуре давление газа обратно пропорционально объему, т.е. при изотермическом расширении давление падает, а при сжатии увеличивается.
Изобразим изотермический процесс в pV , pT , VT − диаграммах.
В pV − диаграмме − изотермический процесс изображается равносторонней гиперболой, причем, чем выше температура, тем выше располагается изотерма.
В pT − диаграмме – изотермы – прямые, параллельные оси p .
В VT − диаграмме – прямые, параллельные оси V .
dT =0, то
То есть U = const , i = const – внутренняя энергия и энтальпия не изменны.
Уравнение первого закона термодинамики принимает вид (T = const )
То есть вся сообщаемая газу теплота в изотермическом процессе расходуется на работу расширения. В обратном процессе – в процессе сжатия от газа отводится теплота, равная внешней работе сжатия.
Удельная работа в изотермическом процессе
Удельная располагаемая работа
Из последних двух уравнений следует, что в изотермическом процессе для идеального газа располагаемая работа равна работе процесса.
Теплота, сообщаемая газу в процессе 1-2,
1-й закон термодинамики
Отсюда следует, что при T = const l = l 0= q , т.е. работа, располагаемая работа и количество теплоты, получаемая системой, равны.
Поскольку в изотермическом процессе dT =0, q = l = какой-то конечной величине, то из
получаем, что в изотермическом процессе C =∞. Поэтому, определить количество теплоты, сообщаемое газу в изотермическом процессе, при помощи удельной теплоемкости невозможно.
Доля теплоты, расходуемая на изменение внутренней энергии при T = const
а доля теплоты, расходуемая на выполнение работы,
Процесс без теплообмена с внешней средой
(адиабатный процесс)
При адиабатном процессе энергообмен рабочего тела с окружающей средой происходит только в форме работы. Рабочее тело предполагается теплоизолированным от окружающей среды, т.е. передача тепла между ним и окружающей средой отсутствует, т.е.
q =0, а следовательно dq =0
Тогда, уравнение первого закона термодинамики примет вид
Таким образом изменение внутренней энергии и работа в адиабатном процессе эквивалентны по величине и противоположны по знаку.
Следовательно, работа адиабатного процесса расширения совершается вследствие уменьшения внутренней энергии газа и, следовательно, температура газа уменьшатся. Работа адиабатного сжатия полностью идет на увеличение внутренней энергии, т.е. на повышение его температуры.
Получим уравнение адиабаты для идеального газа. Из первого закона термодинамики
при dq =0 получим ( du = CV dT )
Теплоемкость , откуда
Дифференцируя уравнение состояния pV = RT получим
Подставляя RdT из (**) в (*)
или, разделив на pV ,
Интегрируя при k = const , получим
Последнее уравнение называется уравнением Пуассона и является уравнением адиабаты при .
Из уравнения Пуассона следует, что
то есть при адиабатном расширении давление падает, а при сжатии возрастает.
Изобразим изохорный процесс в pV , pT и VT – диаграммах
Площадь V 1 12 V 2 под адиабатой 1-2 на pV – диаграмме дает работу l равную изменению внутренней энергии газа
Сравнивая уравнение адиабаты с законом Бойля-Мариотта (T = const ) можем сделать вывод, что, поскольку k >1, то при расширении по адиабате давление падает сильнее, чем по изотерме, т.е. в pV – диаграмме адиабата больше изотермы, т.е. адиабата – неравносторонняя гипербола, не пересекающее координатных осей.
Получим уравнение адиабаты в pT и VT − диаграммах. В адиабатном процессе изменяются все три параметра (p , V , T ).
Получим зависимость между T и V . Уравнения состояния для точек 1 и 2
откуда, разделив второе уравнение на первое
Подставляя отношение давление из уравнения адиабаты Пуассона
или TVk -1= const – уравнение адиабаты в VT - диаграмме.
Подставляя в (*) (3) отношение объемов из уравнения адиабаты (Пуассона)
или − уравнение адиабаты в pT - диаграмме. Эти уравнения получены в предположении, что k = const .
Работа в адиабатном процессе при CV = const
Учитывая соотношение между температурой T и V
Учитывая соотношение между T и p
Изменение внутренней энергии u =- l .
Располагаемая работа, с учетом того, что
,
Т.е. располагаемая работа в k раз больше работы адиабатного процесса l .
φ и ψ не находим.
Политропный процесс
Политропный процесс – это любой произвольный процесс, протекающий при постоянной теплоемкости, т.е.
Тогда, уравнение 1-го закона термодинамики примет вид
(*)
(1)
Таким образом, если C = const и CV = const , то количественное распределение теплоты между внутренней энергией и работой в политропном процессе остается постоянным (например 1:2).
Доля теплоты, расходуемой на изменение внутренней энергии рабочего тела
Доля теплоты, расходуемая на внешнюю работу,
Получим уравнение политропного процесса. Для этого воспользуемся уравнением 1-го закона термодинамики (*)
Отсюда, из (*) и (**)
Разделив второе уравнение (4) на первое (3)
Введем величину , называемою показателем политропы. Тогда,
Интегрируя это выражение, получим
Это уравнение является уравнением политропы в pV − диаграмме. Показатель потлитропы n является постоянным для конкретного процесса, и может изменяться от -∞ до +∞.
Пользуясь уравнением состояния, можем получить уравнение политропы в VT и pT – диаграммах.
Из
- уравнение политропы в VT
-
диаграмме.
Из
− уравнение политропы в pT - диаграмме.
Политропный процесс является обобщающим, а основные процессы (изохорный, изотермический, адиабатный) – частные случаи политропного процесса, каждому из которых соответствует свое значение n . Так, для каждого изохорного процесса n =±∞, изобарного n =0, изотермического n =1, адиабатного n = k .
Поскольку уравнение политропы и адиабаты одинаковы по форме и отличаются только величиной n (показатель политропы вместо k − показателя адиабаты), то можем записать
работа политропного процесса
располагаемая работа политропного процесса
Теплоемкость газа из , откуда
Причем, в зависимости от n теплоемкость процесса может быть положительной, отрицательной, равной нулю и изменяется от -∞ до +∞.
В процессах C<0 всегда l > q т.е. на выполнение работы расширения, кроме подведенной теплоты расходуется часть внутренней энергии газа.
Изменение внутренней энергии политропного процесса
Теплота, сообщаемая газу в политропном процессе
Изменение энтальпии рабочего тела
Второй закон термодинамики
Первый закон термодинамики характеризирует процессы превращения энергии с количественной стороны, т.е. он утверждает, что теплота может превращаться в работу, а работа в теплоту, не устанавливая условий, при которых возможны эти превращения. Таким образом, он только устанавливает эквивалентность различных форм энергии.
Второй закон термодинамики устанавливает направленность и условия протекания процесса
Как первый закон термодинамики второй закон был выведен на основе экспериментальных данных.
Опыт показывает, что превращение теплоты в полезную работу может происходить только при переходе теплоты от нагретого тела к холодному, т.е. при наличии разности температур между теплоотдачиком и теплоприемником. Изменить естественное направление передачи теплоты на обратное можно только за счет затраты работы (например, в холодильных машинах).
Согласно 2-му закону термодинамики
Невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от холодных тел к телам нагретым.
Не вся теплота, полученная от теплоотдачика, может перейти в работу, а только ее часть. Часть теплоты должна перейти в теплоприемник.
Таким образом, создания устройства, которое без компенсации полностью превращала бы в работу теплоту какого-либо источника, и называемого вечным двигателем второго рода, невозможно!
Обратимые и необратимые процессы
Для любой термодинамической системы можно представить два состояния, между которыми будет (рис) происходить два процесса: один от первого состояния ко второму и другой наоборот, от второго состояния к первому.
Первый процесс называют прямым процессом, а второй – обратным.
Если после прямого процесса следует обратный и при этом термодинамическая система возвращается в исходное состояние, то такие процессы принято считать обратимыми .
При обратимых процессах система в обратном процессе проходит через те же равновесные состояния, что и в прямом процессе. При этом ни в окружающей среде, ни в самой системе не возникает никаких остаточных явлений, (нет изменения параметров, выполненной работы и т.д.). В результате прямого процесса AB , а затем обратного BA конечное состояние системы будет тождественно начальному состоянию.
На рисунке показана установка механически обратимого процесса. Установка состоит из цилиндра 1, поршня 2 со столиком 3 и песком на нем. Под поршнем в цилиндре содержится газ, который испытывает давление от песка, находящегося на столике.
Для создания обратимого процесса необходимо бесконечно медленно снимать одну песчинку за другой. Тогда процесс будет изотермическим, а давление будет равным внешнему давлению и система будет постоянно в равновесном состоянии. Если процесс осуществляется в обратном направлении, т.е. бесконечно медленно бросать песчинки на столик 3, то система будет последовательно проходить через те же равновесные состояния и возвратится к исходному состоянию (в случае если нет трения).
При расширении рабочее тело в обратимом процессе производит максимальную работу.
Изобарным процессом называется процесс, протекающий при неизменном давлении (P = const ) и условии m = const и М = const.
Если в некотором процессе не изменяются масса и давление газа, то уравнение Менделеева-Клапейрона для начального и конечного состояний будет:
P 1 V 1 = RT 1
P 2 V 2 = RT 2
При m = const P = const V / T = const или V 1 / V 2 = T 1 / T 2 (уравнение называется законом Гей-Люссака ).
Таким же способом, как это было сделано для изохорного процесса, можно получить для изобарного процесса уравнение: Р = со nst .
Кривая изобарного процесса называется изобарой.
Изобара, изображенная P – V ), по оси ординат которой отсчитывается давление газа, а по оси абсцисс - его объем, является прямой, параллельной оси абсцисс (рис. 9).
Изобара, изображенная в прямоугольной системе координат (V – T ), является прямой, проходящей через начало координат (рис. 10).
Изобара, изображенная в прямоугольной системе координат (P – T ), является прямой, параллельной оси абсцисс (рис. 11).
Экспериментальное исследование зависимости объема газа от температуры провел в 1802г. французский физик Жозеф Гей-Люссак.
Изобарный процесс происходит, например, при нагревании или охлаждении воздуха в стеклянной колбе, соединенной со стеклянной трубкой, отверстие в которой закрыто небольшим столбом жидкости.
Графики изобарного процесса изображаются так:
Второй закон термодинамики
Второй закон термодинамики устанавливает направление протекания самопроизвольных тепловых процессов в природе и определяет условия превращения теплоты в работу. Закон утверждает, что теплота в природе самопроизвольно переходит только от тел более нагретых к менее нагретым.
Идея ВТОРОГО ЗАКОНА термодинамики связана с именем французского инженера Сади КАРНО, который в 1824 г. разработал ЦИКЛ КАРНО – круговой процесс в тепловой машине, в результате которого тело, совершив работу, затем возвращается в исходное состояние, используя часть этой работы. Он впервые показал, что полезную работу можно получить лишь в случае, когда тепло передаётся от нагретого тела к более холодному.
Развивая идею Карно, английский физик У. Томсон в 1851 г. сформулировал второй закон: «В природе невозможен процесс, единственным результатом которого была бы механическая работа, полученная за счет охлаждения теплового резервуара».
Эта формулировка показывает, что взаимное превращение тепла и работы не равноценно: работу можно полностью превратить в тепло (путем трения, нагрева электрическим током и другими способами), а тепло полностью превратить в работу нельзя.
Машину, многократно и полностью превращающую тепло в работу, называют ВЕЧНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ВТОРОГО РОДА.
Второй закон отвергает вечный двигатель второго рода.
Немецкий физик Р.Клаузиус в 1850 году независимо от Томсона сформулировал второй закон: «Теплота не переходит самопроизвольно от холодного тела к более горячему» .
Эта формулировка подчеркивает односторонность реальных процессов. Действительно, первый закон термодинамики не запрещает указанный переход тепла (лишь бы выполнялся закон сохранения энергии), однако этого никогда не происходит.
Мы знаем много других примеров односторонности процессов: газы перемешиваются в сосуде, но сами не разделяются; кусок сахара растворяется в воде, но не выделяется обратно в виде куска; можно нагреть проволоку от аккумулятора, но нельзя зарядить аккумулятор от нагретой проволоки и т.д.
В соответствии с этим для превращения теплоты в работу в любом тепловом двигателе необходимо иметь два тела с различными температурами. Более нагретое тело будет источником теплоты для получения работы, менее нагретое - теплоприемником. При этом к.п.д. теплового двигателя всегда будет меньше единицы.
Термический к.п.д. теплового двигателя - t = 1 – Q 2 / Q 1 , где Q 1 и Q 2 соответственно теплота, подведённая в цикле и отведённая теплоприемнику.
Для идеального цикла теплового двигателя, то есть для прямого обратимого цикла Карно - t к = 1 – Т 2 / Т 1 = 1 – Т мин / Т макс,
где Т 1 = Т макс - температура горячего источника теплоты;
Т 2 = Т мин - температура холодного источника теплоты или теплоприемника.
Термический к.п.д. любого реального цикла теплового двигателя всегда меньше термического к.п.д. цикла Карно для того же интервала температур.
Клаузиус решил вопрос о направлении самопроизвольных процессов в 1865 году, когда ввел новую функцию - энтропию, установив ее важнейшую особенность: в теплоизолированных системах самопроизвольно процессы идут в сторону увеличения энтропии; в состоянии теплового равновесия энтропия достигает максимума.
Эта функция является мерой беспорядка в системе. Таким образом самопроизвольные процессы идут в сторону увеличения беспорядка.
Изобарный процесс
Графики изопроцессов в различных системах координат
Изобарный процесс (др.-греч. ισος, isos - «одинаковый» + βαρος, baros - «вес») - процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном давлении ()
Зависимость объёма газа от температуры при неизменном давлении была экспериментально исследована в 1802 году Жозефом Луи Гей-Люссаком. Закон Гей-Люссака : При постоянном давлении и неизменных значениях массы газа и его молярной массы, отношение объёма газа к его абсолютной температуре остаётся постоянным: V/T = const.
Изохорный процесс
Изохорный процесс (от греч. хора - занимаемое место) - процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объёме (). Для идеальных газов изохорический процесс описывается законом Шарля : для данной массы газа при постоянном объёме, давление прямо пропорционально температуре:
Линия, изображающая изохорный процесс на диаграмме, называется изохорой.
Ещё стоит указать что поданная к газу энергия расходуется на изменение внутренней энергии то есть Q = 3* ν*R*T/2=3*V*ΔP, где R - универсальная газовая постоянная, ν количество молей в газе, T температура в Кельвинах, V объём газа, ΔP приращение изменения давления. а линию, изображающая изохорный процесс на диаграмме, в осях Р(Т), стоит продлить и пунктиром соединить с началом координат, так как может возникнуть недопонимание.
Изотермический процесс
Изотермический процесс (от греч. «термос» - тёплый, горячий) - процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянной температуре ()(). Изотермический процесс описывается законом Бойля - Мариотта :
При постоянной температуре и неизменных значениях массы газа и его молярной массы, произведение объёма газа на его давление остаётся постоянным: PV = const.
Изоэнтропийный процесс
Изоэнтропийный процесс - процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянной энтропии (). Изоэнтропийным является, например, обратимый адиабатический процесс: в таком процессе не происходит теплообмена с окружающей средой. Идеальный газ в таком процессе описывается следующим уравнением:
где - показатель адиабаты , определяемый типом газа.
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Изопроцессы" в других словарях:
Изопроцессы термодинамические процессы, во время которых масса и ещё одна из физических величин параметров состояния: давление, объём или температура остаётся неизменной. Так, неизменному давлению соответствует изобарный процесс, объёму изохорный … Википедия
Молекулярно кинетическая теория (сокращённо МКТ) теория, рассматривающая строение вещества с точки зрения трёх основных приближенно верных положений: все тела состоят из частиц, размером которых можно пренебречь: атомов, молекул и ионов; частицы… … Википедия
- (сокращённо МКТ) теория, рассматривающая строение вещества с точки зрения трёх основных приближенно верных положений: все тела состоят из частиц, размером которых можно пренебречь: атомов, молекул и ионов; частицы находятся в непрерывном… … Википедия
Книги
- Статистическое прогнозирование деформационно-прочностных характеристик конструкционных материалов , Г. Плювинаж , В. Т. Сапунов , В настоящей книге представлен новый метод, предлагающий общую методологию прогнозирования характеристик кинетических процессов, единую для металлических и полимерных материалов. Метод… Категория: Учебники для ВУЗов Издатель: