Презентация на тему Первое применение начало термодинамики к экзопроцэссам

изображается прямой, параллельной оси ординат (см.

Из первого начала термодинамики для изохорного процесса следует, что вся теплота, сообщаемая газу, идет на увеличение его внутренней энергии:

Согласно формуле (53.4)

Тогда для произвольной массы газа
получим

(54.1)

изображается прямой, параллельной оси
При изобарном процессе работа газа при

(54.2)

и определяется площадью заштрихованного прямоу-гольника (см. рис.). Если использовать уравнение Клапейрона-Менделеева для выбранных двух состояний, то

и

, откуда

постоянной
Если

численно равна работе изобарного расширения 1 моль идеального газа при нагревании его на 1 К.

Тогда выражение (54.2) для работы изобарного расширения примет вид

(54.3)

В изобарном процессе при сообщении газу массой количества теплоты , его внутренняя энергия возрастает на величину

При этом газ совершит работу, определяемую выражением

внутренняя энергия идеального газа не

Изотермический процесс

Изотермический процесс описывается законом Бойля-Мариотта:

Диаграмма этого процесса (изотерма) в координатах
представляет собой гиперболу, расположенную на диаграмме тем выше, чем выше температура, при которой происходит процесс.

Исходя из выражений (52.2) и (42.5) найдем работу изотермического расширения газа:

совершение им работы против внешних сил:
(54.4)
Следовательно, для того

то из первого начала термодинамики следует, что для изотермического процесса

отсутствует теплообмен

окружающей средой. К адиабатическим процессам можно отнести все быстропротекающие процессы. Например, 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 ДВС (расширение и сжатие горючей смеси в цилиндрах), в холодильных установках и т.д.

Из первого начала термодинамики для адиабатического процесса следует, что

(55.1)

т.е. внешняя работа совершается за счет изменения внутренней энергии системы.

Используя выражения (52.1) и (53.4), для произвольной массы газа перепишем уравнение (55.1) в виде

(55.2)

(55.3)

Исключим из (55.2) и (55.3) температуру

Разделив переменные и учитывая, что ,

найдем

до и соответственно от

или

Так как состояния 1 и 2 выбраны произвольно, то можно записать

(55.4)

Полученное выражение есть уравнение адиабатического процесса, называемое также уравнением Пуассона.

или исключим из (55.4)

(55.5)

(55.6)

Выражения (55.4)-(55.6) представляют собой уравнения адиабатического процесса. В этих уравнениях безразмерная величина

(55.7)

называется показателем адиабаты (или коэффициентом Пуассона).

(55.7), хорошо подтверждаются экспериментом.

Для одноатомных газов (

Для двухатомных газов ( и др.), и

Диаграмма адиабатического процесса (адиабата) в координатах изображается гиперболой (см. рис.). На рисунке видно, что адиабата более крута, чем изотерма

Это объясняется тем, что при адиабатическом сжатии 1-3 увеличение давления газа обусловлено не только уменьшением его объема, как при изотермическом сжатии, но и повышением температуры.

уравнение (55.1) в виде
Если газ адиабатически расширяется от

(55.8)

Применяя те же приемы, что и при выводе формулы (55.5), выражение (55.8) для работы при адиабатичес-ком расширении можно преобразовать к виду

где

площадью, заштрихованной на рис.), меньше, чем при изотермическом. Это

общую особенность - они происходят при постоянной теплоемкости.
В

Процесс, в котором теплоемкость остается постоянной, называется политропным.

- показатель политропы.
Очевидно,

при

- уравнение адиабаты (см. (55.9));

при

- уравнение изотермы;

при

- уравнение изобары;

при

- уравнение изохоры.

Таким образом, все рассмотренные процессы являются частными случаями политропного процесса.

Исходя из первого начала термодинамики при условии постоянства теплоемкости ( ) можно вывести уравнение политропы:

(или циклом) называется процесс, при котором система, пройдя через

) положительна (

Следовательно, работа, совершаемая газом за цикл, определяется площадью, охватываемой замкнутой кривой.

Если за цикл совершается положительная работа

(цикл протекает по часовой стрелке), то он называется прямым (рис. а), если за цикл совершается отрицатель-ная работа

(цикл протекает против часо-вой стрелки), то он назы-вается обратным (рис. б).

действующих установках, совершающих работу за счет получения извне теплоты.

В результате кругового процесса система возвращается в исходное состояние и, следовательно, полное изменение внутренней энергии газа равно нулю. Поэтому первое начало термодинамики (51.1) для кругового процесса

(56.1)

извне теплоты. Однако в результате кругового процесса система может

- количество теплоты, полученное системой,

- количество теплоты, отданное системой.

Поэтому термический коэффициент полезного действия для кругового процесса

(56.2)

как в прямом, так и в обратном направлении. Причем,

Любой равновесный процесс является обратимым. Обратимость равновесного процесса, происхо-дящего в системе, следует из того, что ее любое промежуточное состояние есть состояние термодинамического равновесия;
для него "безразлично", идет процесс в прямом или обратном направлении.