Содержание
-
Лекция 16Тема:Равновесные состояния и процессы, их изображение на термодинамических диаграммах.
-
Среди равновесных процессов, происходящих с термодинамическими системами, выделяются изопроцессы, при которых один из основных параметров состояния сохраняется постоянным. Изохорный процесс (V=const). Диаграмма этого процесса (изохора) в координатах р,V изображается прямой, параллельной оси ординат (рис. 1), где процесс 1—2 есть изохорное нагревание, а 1—3 — изохорное охлаждение. При изохорном процессе газ не совершает работы над внешними телами, т. е. Рисунок 1 Как уже указывалось в предыдущем лекции, из первого начала термодинамики (Q=dU+A)дляизохорного процесса следует, что вся теплота, сообщаемая газу, идет на увеличение его внутренней энергии: Согласно формуле ( ), Тогда для произвольной массы газа получим (1)
-
Изобарный процесс (p=const). Диаграмма этого процесса (изобара) в координатах р, V изображается прямой, параллельной оси V. При изобарном процессе работа газа ( ) при увеличения объема отV1 до V2 равна (2) и определяется площадью заштрихованного прямоугольника (рис. 2). Если использовать уравнение ( ) Клапейрона — Менделеева для выбранных нами двух состояний, то Рисунок 2 откуда Тогда выражение ( 2) для работы изобарного расширения примет вид (3) Из этого выражения вытекает физический смысл молярной газовой постоянной R:еслиT2 —T1 =1 К, то для 1 моль газа R=A, т. е. R численно равна работе изобарного расширения 1 моль идеального газа при нагревании его на 1 К. В изобарном процессе при сообщении газу массой т количества теплоты
-
его внутренняя энергия возрастает на величину (согласно формуле ( ) При этом газ совершит работу, определяемую выражением (3). Изотермический процесс (T=const). Как уже указывалось, изотермический процесс описывается законом Бойля—Мариотта: Диаграмма этого процесса (изотерма) в координатах р, V представляет собой гиперболу (см. рис. 60), расположенную на диаграмме тем выше, чем выше температура, при которой происходит процесс. Исходя из выражений ( ) и ( ) найдем работу изотермического расширения газа: Рисунок 3 Так как при Т=const внутренняя энергия идеального газа не изменяется: то из первого начала термодинамики (Q=dU+A) следует, что для изотермического процесса
-
т. е. все количество теплоты, сообщаемое газу, расходуется на совершение им работы против внешних сил: (4) Следовательно, для того чтобы при расширении газа температура не понижалась, к газу в течение изотермического процесса необходимо подводить количество теплоты, эквивалентное внешней работе расширения.
-
-
-
Графически можно изображать только равновесные процессы-процессы, состоящие из последовательности равновесных состояний. Они протекают так, что изменение термодинамических параметров за конечный промежуток времени бесконечно мало. Все реальные процессы неравновесны (они протекают с конечной скоростью), но в ряде случаев неравновесностью реальных процессов можно пренебречь (чем медленнее процесс протекает, тем он ближе к равновесному). В дальнейшем рассматриваемые процессы будем считать равновесными Среди равновесных процессов, происходящих с термодинамическими системами, выделяются изопроцессы, при которых один из основных параметров состояния сохраняется постоянным. Изохорный процесс (V= const). Диаграмма этого процесса (изохора) в координатах р, V изображается прямой, параллельной оси ординат (рис. 1), где процесс 1—2 есть изохорное нагревание, а 1-3 - изохорное охлаждение. При изохорном процессе газ не совершает работы над внешними телами, т. е.как уже указывалось,из первого начала термодинамики ( ) для изохорного процесса следует, что вся теплота, сообщаемая газу, идет на увеличение его внутренней энергии: δQ = dU. δА = pdV = 0. ( ) Согласно формуле ,отсюда вытекает, что Тогда для произвольной массы газа получим (1)
-
Изобарный процесс (p=const). Диаграмма этого процесса (изобара) в координатах р, V изображается прямой, параллельнойоси V. Если использовать уравнение Клапейрона - Менделеева для выбранных нами двух состояний, то Тогда выражение (7) для работы изобарного расширения примет вид Из этого выражения вытекает физический смысл молярной газовой постоянной R: если , то для 1 моль газа R=A, т. е. R численно равна работе изобарного расширения его внутренняя энергия возрастает на величину (согласно формуле (3)). При этом газ совершит работу, определяемую выражением (3. (2) 1 моль идеального газа при нагревании его на 1 К. В изобарном процессе при сообщении газу массой т количества теплоты
-
Изотермический процесс (Т= const). Как уже указывалось раньше, изотермический процесс описывается законом Бойля—Мариотта: pV= const. Так как при Т= const внутренняя энергия идеального газа не изменяется: то из первого начала термодинамики (δQ=dU+δA) следует, что для изотермического процесса δQ = δА. т. е. все количество теплоты, сообщаемое газу, расходуется на совершение им работы против внешних сил: Следовательно, для того чтобы при расширении газа температура не понижалась, к газу в течение изотермического процесса необходимо подводить количество теплоты, эквивалентное внешней работе расширения.
-
Адиабатическим называется процесс, при котором отсутствует теплообмен (Q=0)между системой и окружающей средой. К адиабатическим процессам можно отнести все быстропротекающие процессы. Например, адиабатическим процессом можно считать процесс распространения звука в среде, так как скорость распространения звуковой волны настолько велика, что обмен энергией между волной и средой произойти не успевает. Адиабатические процессы применяются в двигателях внутреннего сгорания (расширение и сжатие горючей смеси в цилиндрах), в холодильных установках и т. д. Из первого начала термодинамики (Q=dU+A) для адиабатического процесса следует, что
Нет комментариев для данной презентации
Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.