Адиабатический процесс

Адиабатическим называется процесс, при котором отсутствует теплообмен между термодинамической системой и окружающей средой

Из первого начала следует, что

или

(1)

Найдем уравнение, связывающее параметры состояния в адиабатном процессе. Для этого продифференцируем уравнение состояния для 1 моля газа

(2)

Разделив уравнение (2) на выражение (1), получим

Разделим переменные, тогда с учётом выражение примет вид

Интегрируя в пределах от Р₁ до Р₂ и от V₁ до V_2, получим

;

или

или

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

Уравнение называется уравнением Пуассона, которое описывает адиабатический процесс. Используя уравнения Клапейрона – Менделеева, можно записать уравнение Пуассона в виде

или

где  – коэффициент Пуассона, равный ; при i = 3  = 1,67, при i = 5,  = 1,4.

График адиабаты представлен на рис. Адиабата более крута, чем изотерма. Это объясняется тем, что увеличение давления газа обусловлено не только уменьшением объема как при изотермическом сжатии, но и повышением температуры. При адиабатическом процессе изменяются все три параметра P, V и T .

	Вычислим работу, совершаемую газом при адиабатическом процессе: Интегрируя выражение
Рис.6.5

Работа, совершаемая газом при адиабатическом процессе, численно равная заштрихованной площади на рис., меньше, чем при изотермическом процессе.

Политропный процесс

Все рассмотренные выше процессы обладают одной общей особенностью – они происходят при постоянной теплоемкости С

при

при

при

при

Процессы, в которых теплоемкость постоянна, называют политропными. Все изопроцессы, включая адиабатический, являются частными случаями политропного процесса.

Аналогично выводу уравнения адиабаты, используя первое начало термодинамики и уравнение Менделеева – Клапейрона для 1 моля,

получим

Интегрируя выражение, получим уравнение политропы

Заменив в температуру T соотношением, полученным из уравнения Менделеева – Клапейрона, как , получим

где – показатель политропы.

При получим

– Уравнение изотермы;

– уравнение изобары;

– уравнение изохоры.

Круговые процессы. Обратимые и необратимые процессы. Тепловая машина. II начало термодинамики

Круговой процесс (цикл) – это процесс, в результате которого система, пройдя через ряд промежуточных состояний, возвращается в исходное состояние.

	Любой цикл включает два процесса: расширения газа (участок 1–2, а рис. 6.6, а), в котором работа А12 > 0, и сжатие газа (участок 2–1, b), где работа А21 < 0. Таким образом, работа за цикл определяется как А = А12 – А21.
Рис.

Так как система возвращается в исходное состояние, то ее внутренняя энергия остается постоянной. Прямой цикл, который лежит в основе действия тепловой машины, а обратный цикл, реализован в холодильной установке. Схема работы тепловой машины представлена на рис

	За цикл рабочее тело получает от нагревателя количество тепла и отдает холодильнику количество теплоты . Полезная работа определяется разностью полученной и отданной теплоты , а коэффициент полезного
Рис. 6.7

действия выражается как

Все циклы, а также тепловые процессы, протекающие в природе, являются необратимыми.

Термодинамический процесс (цикл) называется обратимым, если при совершении его сначала в прямом, а затем в обратном направлениях, как сама система, так и все внешние тела возвращаются в исходное состояние. Если это не выполняется, то процесс необратим.

II начало термодинамики допускает несколько формулировок:

Невозможен вечный двигатель второго рода, т. е. периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет охлаждения одного источника теплоты.

Невозможен процесс, единственным результатом которого является превращение теплоты, полученной от нагревателя в эквивалентную ей работу (формулировка Кельвина).

Теплота никогда не может переходить сама собой от тел с более низкой температурой к телам с более высокой температурой (формулировка Клаузиуса).