Глава VIII

ОСНОВНЫЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ

§ 44. Задачи изучения термодинамических процессов

При изучении термодинамических процессов идеальных газов дол­жны быть решены две основные задачи,

1. Определено уравнение процесса f (р, v) = 0, устанавливающее закономерность изменения состояния рабочего тела в процессе.

Основой решения этой задачи является уравнение первого зако­на термодинамики, записанное при соблюдении условий, присущих рассматриваемому процессу. Совокупность уравнений процесса и со­стояния идеального газа дают возможность получить функциональные зависимости р — f (v)\ s — f (Т) и друғие, представляющие собой уравнения процесса.

2. Выявлены особенности преобразования подведенной к рабоче­му телу теплоты, распределение ее между изменением внутренней энер- гии и совершаемой рабочим телом внешней работы,

Изменение внутренней энергии рабочего тела определяется для всех термодинамических процессов одинаково в соответствии с вы­ражением (184), если известна удельная теплоемкость cv. Внешняя / и располагаемая 1₀ удельные работы определяются по формулам (25) и (47), также общим для всех термодинамических процессов.

Рис. 22. Изохорный процесс:

а — в координатах и, р. б — схема распределения теплоты; в — в координатах s, Г; г — графическое определение изменения удельной внутренней энергии в

координатах s, Т

Подсчитанные таким образом изменение внутренней энергии и со­вершенная внешняя работа дают возможность по уравнению (39) первого закона термодинамики определить количество подведенной к рабочему телу или отведенной от него теплоты. Эта же задача может быть решена, если известна теплоемкость рабочего тела в исследуемом процессе.

Характер преобразования теплоты в термодинамическом процессе методически удобно изображать в виде схемы (рис. 22, б), включаю­щей три составных части уравнения первого закона термодинамики так, что количество теплоты, подведенной или отведенной от рабочего тела, изображается кружком, изменение внутренней энергии — тре­угольником и внешняя работа, совершаемая рабочим телом, — квад­ратом. Стрелки, связывающие эти три составные части уравнения пер­вого закона термодинамики, показывают лишь направление преобра­зования энергии в рассматриваемом процессе и не затрагивают коли­чественной стороны процесса.

Выполнение условий термодинамического равновесия в каждый дан­ный момент времени в течение всего процесса позволяет рассматривать термодинамические процессы в качестве равновесных и изображать их в виде кривых на ор- или sT-диаграммах, причем координаты о, р удоб­ны при определении работы, совершаемой рабочим телом в процессе, а координаты s, Т дают возможность графически определить теплоту, подведенную или отведенную от рабочего тела в процессе.

В общем случае любые два термодинамических параметра из трех в процессе могут изменяться произвольно (независимо). Однако изу­чение работы тепловых машин показывает, что наибольший интерес для практики представляют некоторые частные случаи, к которым относятся изохорный процесс, протекающий без изменения объема, рабочего тела (do = 0, о = const), изобарный процесс, протекающий ' при постоянном давлении (dp = 0, р = const); изотермный процесс, протекающий при постоянной температуре (dT = 0, Т — const); адиабатный процесс, протекающий без теплообмена рабочего тела с окружающей средой (dq = 0), и политропный процесс, который при определенных условиях может рассматриваться в качестве обобщающе­го по отношению ко всем предыдущим термодинамическим процессам.

Ниже последовательно рассматриваются эти случаи термодинами­ческих процессов идеального газа.