Изохорный процесс газа

Изохорный процесс – процесс сообщения или отнятия теплоты при постоянном объеме газа (v = const).

При постоянном объёме давление газа изменяется прямо пропорционально абсолютным температурам:

Внешняя работа газа при v = const равна нулю l=0.

количество теплоты или изменение внутренней энергии газа:

Изохорный процесс на pv – диаграмме отображается прямой вертикальной линией - изохора. При положительном количестве тепла линия идёт снизу вверх.

Изменение энтропии находится:

Изобарный процесс газа.

Изобарный процесс – процесс сообщения или отнятия теплоты при постоянном давлении (р = const)

Кривая процесса называется изобарой.

Поскольку в изобарном процессе dp=0 то в системе не совершается техническая работа , а количество тепла необходимое для перехода тела из состояния 1 в состояние 2 определяется как:

Таким образом в изобарном термодинамическом процессе подводимое (отводимое ) к телу количество тепла пропорционально изменению энтальпии в данном процессе. Данный вывод справедлив как для обратимого так и для необратимого процессов, при условии, что система находится в термодинамическом равновесии в начале и конце процесса.

В случае обратимого процесса:

Изобарный процесс на pv – диаграмме отображается прямой горизонтальной линией. При подводе тепла в процесс линия простирается слева направо.

Механическая работа в таком процессе:

Удельная располагаемая (полезная) внешняя работа:

Изменение удельной внутренней энергии:

Из уравнения состояния идеального газа можно получить следующее соотношение для изобарного процесса:

Таким образом, при изобарном процессе объём идеального газа пропорционален абсолютной температуре. При расширении газа температура повышается, при сжатии уменьшается.

Изменение энтропии в изобарном процессе может быть расчитано следующим образом:

Изотермический процесс газа.

Изотермический процесс – процесс сообщения или. отнятия теплоты при постоянной температуре (t — const)

Для изотермического процесса идеального газа зависимость между начальными и конечными параметрами определяется формулами:

При постоянной температуре объём газа изменяется обратно пропорционально его давлению.

На pv- диаграмме изотермы идеального газа представляются равносторонней гиперболой. Площадь под кривой процесса численно выражает механическую работу в данном процессе.

Работа 1 кг идеального газа находят из уравнений:

Так как в изотермическом процессе t = const, то для идеального газа

Изменение энтропии в изотермическом процессе

выразится следующей формулой:

Адиабатный процесс газа.

Процесс протекающий без подвода и отвода теплоты, т.е. при отсутствии теплообмена с окружающей средой, называют адиабатным, а кривая этого процесса –адиабатой. Условия процесса: dq=0 , q=0.

Т.к. dq=0 , то согласно первому закону термодинамики:

и

Таким образом совершаемая рабочим телом механическая работа в адиабатном термодинамическом процессе равна уменьшению внутренней энергии тела, техническая работа при этом пропорциональна изменению (уменьшению) энтальпии. В обратимом диабатном процессе энтропия термодинамического тела не меняется: S=Const.

Уравнение адиабаты в системе координат pv –диаграммы при постоянной теплоёмкости () для идеального газа: где - показатель адиабаты

Зависимости между начальными и конечными параметрами процесса: между р и v ,

между T и v

между р и T

Работу 1 кг газа находят по следующим формулам

Изменение внутренней энергии газа и работа адиабатного процесса равны по величине и противоположны по знаку. .

Изменение внутренней энергии идеального газа в адиабатном процессе может быть также выражено уравнением

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.

В соответствии со вторым законом термодинамики 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.

Второй закон динамики математически может быть выражен:

Где dS –бесконечно малое приращении энтропии системы;

dQ – бесконечно малое количество теплоты, полученной системой от источника теплоты;

T - абсолютная температура источника теплоты.

Знак неравенства соответствует необратимым процессам, а равенства - обратимым. Следовательно, аналитическое выражение второго закона термодинамики для бесконечно малого обратимого процесса примет вид

dQ=TdS

а т.к. согласно первому закону термодинамики

dQ=dU+pdV

то

TdS=dU+pdV.