Адиабатический процесс

Адиабатическим называется процесс, происходящий без те­плообмена между системой и окружающей средой.

Осуществить адиабатический процесс в реальных условиях можно тремя способами.

1) Система должна иметь оболочку, теплопроводность которой равна нулю. Приближением к такой оболочке может служить сосуд Дьюара, т.е. сосуд с двойными посеребренным) стенками, из пространства между которыми выкачан воздух.

2) Процессы, протекающие очень быстро (расширение, ежа тие), при которых теплопередача не успевает произойти. На пример, накачивание велосипедной шины вызывает ее нагрева ние вследствие адиабатического сжатия.

3) Процессы, протекающие в очень больших объемах газа например, в атмосфере. Этот способ, строго говоря, сводите ко второму, так как расширение и сжатие происходит быстрее чем передача теплоты по всему объему.

В соответствии с первым началом термодинамики и с учетом что Q = 0, получаем

Из этой формулы видно, что при адиабатическом расширени! внутренняя энергия газа уменьшается, т.е. система совершае работу за счет своей внутренней энергии. А при адиабатиче ском сжатии внутренняя энергия системы увеличивается.

Адиабатический процесс в газе описывается уравнением Пуассона, которое имеет три фор­мы

Построим график уравнения (16а) (рис. 2). Полученная кривая (1) называется адиабатой. Сравнив адиабату с изотермой (2), мы уви­дим, что адиабата идет круче изо­термы.

Это объясняется тем, что при изотермическом расширении давление газа уменьшается только за счет увеличения объема, а при адиабатическом расширении оно уменьшается и за счет увеличения объема и за счет повышения температуры.

В заключение получим работу А, совершаемую газом при адиабатическом процессе, в результате которого температура газа понижается от Т₁ до T₂. Учтем формулы (15) и (9), получим

Адиабатический процесс широко применяется на практике. На­пример, в дизельных двигателях воспламенение жидкого топли­ва происходит при быстром адиабатическом сжатии воздуха в цилиндре. Кроме того адиабатический процесс — это один из основных процессов, рассматриваемых в теории тепловых дви­гателей.

Лекция № 13

Второе начало термодинамики

Первое начало термодинамики выражает закон сохранения энергии применительно к термодинамике. Второе начало тер­модинамики устанавливает направление тепловых процессов, происходящих в природе.

Цикл — это круговой процесс, в результате которого систе­ма, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное со­стояние (рис. 1).

Когда газ расширяется из состояния 1 в состояние 2, он со­вершает работу над внешними телами. При сжатии газа из состояния 2 в состояние 1 внешние тела совершают над газом работу А₂₁. Величина работы зависит от формы траектории перехода газа из начального состояния в конечное. В резуль­тате цикла внутренняя энергия газа не изменяется. Поэтому полная работа будет равна А = А₁₂ — А₂₁. Если за каждый цикл совершается некоторая полезная работа, то система, действую­щая на основе этого цикла, называется тепловой машиной. В общем случае схему работы тепловой машины можно предста­вить так: рабочее тело получает некоторое количество тепла Q₁ от нагревателя и передает другое количество тепла Q₂ хо­лодильнику (см. рис. 2). За счет разницы этих количеств тепла и совершается работа А = Q₁ — Q₂.