Вопрос 12.

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. При изохорном процессе газ не совершает работы над внешними телами, из первого начала термодинамики для изохорного процесса следует, что вся теплота, сообщаемая газу, идет на увеличение его внутренней энергии:

для произвольной массы газа получим

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 от V₁ до V₂ равна: и определяется площадью заштрихованного прямоугольника. Если испо­льзовать уравнение Клапейрона — Менделеева для выбранных нами двух состояний, то Тогда выражение для работы изобарного расширения примет вид

Изотермический процесс (T=const). Изотермический процесс описывается законом Бойля—Мариотта: Диаграмма этого процесса (изотерма) в координатах р, V представляет собой гиперболу, расположенную на диаграмме тем выше, чем выше тем­пература, при которой происходит процесс.

работа изотермического расширения газа:

Так как при Т=const внутренняя энергия идеального газа не изменяется: то из первого начала термодинамики (Q=dU+A) следует,

Вопрос 14

Круговым процессом (или циклом) называется процесс, при котором система, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное. Тело, которое совершает круговой процесс, называется рабочим телом. На диаграмме процессов цикл изображается замкнутой кривой. Цикл, совершаемый идеальным газом, можно разбить на процессы расширения (1—2) и сжатия (2—1) газа. Работа расширения положительна (dV>0), работа сжатия отрицательна (dV<0). Вся работа произведенная за цикл будет равна площади фигуры.

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

Тогда термический коэффициент полезного действия для кругового процесса

Вопрос 15.

Второе начало термодинамики Первое начало термодинамики не позволяет определить направление протекание процессов в природе.

А=Q₁-Q₂ η=Q₁-Q₂/Q₁ Q₂=0 то η=1

Согласно Карно невозможно существование двигателя с одним источником теплоты. Невозможно создать веч. Двигатель 2 рода невозможен процесс, единственным результатом которого являлось бы превращение теплоты в эквивалентную ей работу.

A=Q₁-Q₂ Кельыин-Планк

Теплота никогда не может переходить сама по себе от тел с низкой темп. К телам с высокой температурой без совершения дополнительной работы.

Вопрос 16.

ЦИКЛ КАРНО. Рассмотрим прямой цикл Карно, в котором в качестве рабочего тела используется идеальный газ, заключенный в сосуд с подвижным поршнем.

При изотермическом процессе U=const, поэтому, количество теплоты Q₁, полученное газом от нагревателя, равно работе расширения А₁₂, совершаемой газом при переходе из состояния 1 в состояние 2:

При адиабатическом расширении теплообмен с окружающей средой отсутствует и работа расширения А₂₃ совершается за счет изменения внутренней нергии

Количество теплоты Q₂, отданное газом холодильнику при изотермическом сжатии, равно работе сжатия А₃₄:

Работа адиабатического сжатия

Работа, совершаемая в результате кругового процесса,

Термический к. п. д. цикла Карно Применив уравнение для адиабат 2—3 и 4—1, получим откуда

Подставляя получаем

т. е. для цикла Карно к. п. д. действительно определяется только температурами нагревателя и холодильника. Для его повышения необходимо увеличивать разность температур нагревателя и холодильника.