Применение первого закона термодинамики к изопроцессам

При изохорном процессе объем газа не меняется и поэтому работа газа равна нулю. Изменение внутренней энергии равно количеству переданной теплоты:

Q = ∆U = RT₂ - RT₁ = R∆T

i - число степеней свободы молекул газа

Изменение внутренней энергии газа происходит благодаря теплообмену с окружающими телами.

При изохорном нагревании давление газа возрастает из-за увеличения средней кинетической энергии молекул.

При изотермическом процессе (∆Т=0) внутренняя энергия идеального газа не меняется. Все переданное газу количество теплоты идет на совершение работы:

Q = A

При изотермическом процессе количество теплоты, переданное газу от нагревателя, полностью расходуется на совершение работы.

При изотермическом расширении молекулы газа, сталкиваясь с поршнем, уменьшают свою скорость и соответственно среднюю энергию.

При изотермическом расширении (A>0) и сжатии (A<0) к газу подводят или отводят (Q<0) определенное количество теплоты.

При изобарном расширении газа подведенное к нему количество теплоты расходуется на увеличение его внутренней энергии (∆U>0) и на совершение работы газом (A>0)

Q = ∆U + A

Для изобарного расширения газа от V₁ до V₂, при котором увеличивается его температура, требуется большее количество теплоты, чек при изотермическом процессе, где температура газа не изменяется

Адиабатный процесс – процесс в теплоизолированной системе.

Следовательно, изменение внутренней энергии при адиабатном процессе происходит только за счет совершении работы (Q = 0):

∆U = A

Реальные процессы близки к адиабатному, если протекают достаточно быстро, чтобы не успевал происходить теплообмен с окружающей средой.

Так как работа внешних сил при сжатии положительна, внутренняя энергия газа при адиабатном сжатии увеличивается, а его температура повышается. (Пример: дизель)

При адиабатном расширении газ совершает работу за счет уменьшения своей внутренней энергии, поэтому температура газа при адиабатном расширении понижается.(Пример: сжижение газов при быстром расширении)

ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ, ИЗОХОРНЫЙ И ИЗОБАРНЫЙ ПРОЦЕССЫ(уч.10кл.стр.252-257, 265-267, 270-271)

Изотермический процесс. Закон Бойля-Мариотта. График процесса

Изобарный процесс. Закон Гей-Люссака. График процесса

Изохорный процесс. Закон Шарля. График процесса

См.выше Работа газа при изопроцессах (уч.10кл.стр.265-267)

Первый закон термодинамики для изопроцессов на примере поршня.

(изотермический, изохорный, изобарный процессы)

Графики процессов и их физический смысл

Количественные зависимости между двумя параметрами газа при фиксированном значении третьего параметра называют газовыми законами. А процессы, протекающие при неизменном значении одного из параметров, - изопроцессами.

Изопроцесс – термодинамический процесс, протекающий в системе с неизменной массой при постоянном значении одного из макроскопических параметров системы.

Между тремя основными параметрами состояния тела существует связь, называемая – уравнением состояния идеального газа Клайперона-Менделеева:

pV = RT

Изотермический процесс T = const

Изотермический процесс – Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянной температуре.

Для поддержания температуры газа постоянно необходимо, чтобы он мог обмениваться теплотой с большой системой – термостатом.

Закон Бойля-Мариотта:

Для газа данной массы произведение давления газа на его объем постоянно, если температура газа не меняется

p₁V₁ = p₂V₂ при T=const (pV = const = RT)

Изотерма график изменения макроскопических параметров газа при изотермическом процессе.

Изобарный процесс P = const

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном давлении.

= const = Þ V = const * T

Закон Гей-Люссака:

Объем газа данной массы при постоянном давлении пропорционален термодинамической температуре.

Для газа данной массы отношение объема к температуре постоянно, если давление газа не меняется.

= при p = const.

Изобара – график изменения макроскопических параметров газа при изобарном процессе.

Различным давлениям соответствует разные изобары.

В области низких температур все изобары идеального газа сходятся в точке Т=0.

Но это не означает, что объем реального газа действительно обращается в нуль. Все газы при сильном охлаждении превращаются в жидкости, а к жидкостям уравнение состояния идеального газа неприменимо.

Изобарным можно считать расширение газа при нагревании его в цилиндре с подвижным поршнем. Постоянство давления в цилиндре обеспечивается атмосферным давлением на внешнюю поверхность поршня.

Изохорный процесс V = const

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объеме.

= const = Þ p = const *T при V = const

Закон Шарля:

Для газа данной массы отношение давления газа к его термодинамической температуре постоянно.

Для газа данной массы отношение давления к температуре постоянно, если объем не меняется

= при V = const.

Изохора – график изменения макроскопических параметров газа при изохорном процессе.

В соответствии с уравнением p= const·T все изохоры начинаются в точке Т=0.

Значит, давление идеального газа при абсолютном нуле равно нулю.

Увеличение давления газа в любой емкости или в электрической лампочке при нагревании является изохорным процессом.

Изохорный процесс используется в газовых термометрах постоянного объема.

При изохорном нагревании газа за счет подводимого к нему тепла средняя квадратичная скорость молекул и соответственно температура и давление газа возрастают.

АДИАБАТНЫЙ ПРОЦЕСС(уч.10кл.стр.272-274)

Термодинамический процесс в термоизолированной системе

Понятие термоизолированной системы

Определение адиабатного процесса

Первый закон термодинамики для адиабатного процесса

Изменение температуры газа при адиабатном процессе

График адиабатного расширения. Показатель адиабаты

Использование адиабатных процессов в технике на примере дизеля

Для наиболее эффективного преобразования внутренней энергии газа в работу следует предотвратить потери внутренней энергии от теплопередачи окружающим телам.

Систему следует теплоизолировать

Теплоизолированная система – система не обменивающаяся энергией с окружающими телами

Q = 0.

Адиабатный процесс – термодинамический процесс в термоизолированной системе.

Изменение внутренней энергии при адиабатном процессе происходит только за счет совершении работы:

∆U = A

Первый закон термодинамики для адиабатного процесса принимает вид:

∆U + A = 0 или А = -∆U

При адиабатном расширении A > 0, следовательно

∆U = R∆T < 0

i - число степеней свободы молекул газа

Это означает, что ∆Т<0, т.е. температура газа уменьшается по сравнению с первоначальной.

Близким к адиабатному может считаться процесс быстрого расширения или сжатия газа. При этом процессе работа совершается за счет изменения внутренней энергии, т.е. –A = ΔU, поэтому при адиабатном процессе температура понижается.

Понижение температуры газа при адиабатном расширении приводит к тому, что его давление уменьшается более резко, чем при изотермическом процессе.

Так как работа внешних сил при сжатии положительна, внутренняя энергия газа при адиабатном сжатии увеличивается, а его температура повышается.

При адиабатном расширении газ совершает работу за счет уменьшения своей внутренней энергии, поэтому температура газа при адиабатном расширении понижается.

Площадь под адиабатой численно равна работе, совершаемой газом при его адиабатном расширении от V₁ до V₂.

Поскольку при адиабатном сжатии газа температура газа повышается, то давление газа с уменьшением объема растет быстрее, чем при изотермическом процессе.

Примеры адиабатного процесса – воспламенение тряпочки с эфиром при адиабатном сжатии в колбе. Дизельный двигатель. Конденсация пара, как результат уменьшения температуры при адиабатном расширении.

Дата добавления: 2015-11-14