8.2. Основные термодинамические процессы

В термодинамике рассматриваются пять основных процессов идеальных газов:

1. изохорный, происходящий при постоянном объеме газа (v = const);

2. изобарный, происходящий при постоянном давлении газа (р = const);

3. изотермический, происходящий при постоянной температуре газа (Т = const);

4. адиабатный, происходящий без подвода или отвода теплоты, т.е. протекающий без теплообмена с окружающей средой (q = const);

5. политропный – обобщенный процесс изменения всех параметров рабочего тела, для которого четыре предыдущих процесса являются частными случаями.

8.3. Изохорный процесс

Изохорным процессом называется такое изменение состояния рабочего тела, при котором удельный объем его остается постоянным. Этот процесс может происходить только в замкнутом пространстве постоянного объема при подводе теплоты к рабочему телу или отводе теплоты от него.

Уравнение изохорного процесса:

v = const.

Г рафическое изображение изохорного процесса в pv- и TS-диаграммах показано на рис. 8.1.

Найдем связь между параметрами в изохорном процессе.

Запишем уравнение состояния газа в точках 1 и 2 (рис. 8.1):

.

Разделим первое уравнение на второе, и с учетом того, что v₁ = v₂, получим:

.

В изохорном процессе все подведенное тепло идет на повышение внутренней энергии тела. Для 1 кг газа можно записать:

.

Для произвольной массы вещества:

.

Для идеальных газов интегрирование приводит к выражениям:

.

Так как в изохорном процессе удельный объем газа не изменяется (dv = 0), то работа изменения объема равна нулю. Работа изменения давления в изохорном процессе согласно уравнению (6.8) равна:

.

Поскольку работа изменения объема не совершается, то подведенное к рабочему телу количество теплоты равно изменению внутренней энергии тела:

8.4. Изобарный процесс

Изобарным процессом называется такое изменение состояние рабочего тела, при котором давление его остаётся постоянным. Этот процесс может быть осуществлён в цилиндре с подвижным поршнем.

Уравнение изобарного процесса:

р = const.

Г рафическое изображение изобарного процесса в pv- и TS-диаграммах показано на рис. 8.2.

Связь между параметрами в изобарном процессе определяется следующим образом. Запишем уравнение состояния газа в точках 1 и 2 (рис. 8.2):

.

Разделив первое уравнение на второе, с учетом того, что р₁ = р₂, получим:

.

Изменение внутренней энергии газа в изобарном процессе для 1 кг газа и для произвольной массы соответственно равно:

Работа изменения объема в изобарном процессе для 1 кг идеального газа и для произвольной массы газа соответственно равна:

В изобарном процессе работа изменения давления равна нулю.

Подведенная к газу теплота в изобарном процессе находится из выражения:

(8.1)

Количество теплоты, подведенной к произвольной массе газа, равно:

.

8.5. Изотермический процесс

Изотермическим процессом называется такое изменение состояние рабочего тела, при котором его температура остаётся постоянной.

Уравнение изотермического процесса:

Т = const.

Графическое изображение изотермического процесса в pv- и TS-диаграммах представлено на рис 8.3.

З апишем уравнение состояния газа в точках 1 и 2 (рис 8.3):

.

Разделив первое уравнение на второе, с учетом того, что Т₁ = Т₂, получим следующую связь между параметрами газа в изотермическом процессе:

.

Так как в изотермическом процессе Т₁ = Т₂ , то изменение внутренней энергии газа равно нулю.

Исходя из того, что в изотермическом процессе RT = const, получим следующее выражение для определения работы изменения объема (для 1кг идеального газа и для произвольной массы газа m):

Исходя из того, что в изотермическом процессе на основании уравнения (6.9) устанавливаем, что в изотермическом процессе работа изменения давления равна работе изменения объема:

.

Теплота в изотермическом процессе полностью расходуется совершение работы: