Термодинамічні процеси

Розглядають наступні термодинамічні процеси:

1. Ізохорний.

2. Ізотермічний.

3. Адіабатний.

4. Ізобарний.

Усі ці процеси можна зобразити на наступній діаграмі

1 — ізохора; 2 — ізотерма; 3 — адіабата; 4 — ізобара

Рисунок 6.1 — Діаграма процесів у p-V - координатах

Розглянемо ці процеси на основі першого закону термо- динаміки (6.12).

Ізохорний процес. Цей процес протікає при постійному об’ємі (V=const). При dV =0 у формулі (6.16) dA =0. Тоді

. (6.17)

Останній вираз має наступний фізичний зміст: при V=const уся зовнішня енергія йде на збільшення внутрішньої енергії.

Такі процеси проходять там, де відсутні газоподібні фази, тобто у рідинах і твердих тілах, де зміна об’єму незначна та цією зміною можна знехтувати. У даному випадку

, (6.18)

де cV — молекулярна теплоємкість при V=const.

Ізотермічний процес. Цей процес протікає при T=const, тоді

, (6.19)

. (6.20)

Фізичний зміст формули (6.20): уся зовнішня енергія пішла на виконання роботи і внутрішня енергія не змінюється.

Адіабатний процес. Це процес який відбувається без теплообміну з навколишнім середовищем, тобто Q=const і dQ =0. Тоді

. (6.21)

Якщо зовнішня енергія не передається, то робота може виконуватися тільки за рахунок внутрішньої енергії.

Ізобарний процес. Цей процес протікає при постійному тиску. Ізобарний процес, по відношенню до попередніх процесів, має практичне застосування для умов зварювання, тому що за його допомогою можна описати металургійні процеси при дуговому зварюванні.

Якщо система прийшла з початкового положення 1 в кінцеве 2, то тепловий ефект на основі 1–го закону термодинаміки буде визначатись

, (6.22)

, (6.23)

, (6.24)

де H 1, H 2 — тепломісткість (ентальпія) системи у положенні

1 і 2 відповідно.

Тоді

, (6.25)

де — зміна ентальпії.

У загальному випадку

, (6.26)

де H — термодинамічна функція стану, яка представляє з себе

суму внутрішньої енергії і роботи розширення або

об’ємної роботи pV, переданої в зовнішнє середовище.

З виразу (6.25) витікає, що поглинута теплота в процесі, який проходить при р=const, витрачається на приріст ентальпії. Перший закон термодинаміки можна записати у вигляді

. (6.27)

Тобто тепловий ефект ізобарного процесу (Qp) відрізняється від теплового ефекту ізохорного процесу (QV) на величину виконаної роботи (pV). Якщо газова фаза відсутня, то рV =0 тоді Qp = QV.

З виразу (6.25) витікає

, (6.28)

де cp — теплоємність при р=const;

— зміна ентальпії для системи у якій не проходять

полиморфні перетворення і зміни агрегатного стану.

. (6.29)

У тих випадках, коли в системі проходять полиморфні перетворення (наприклад, ) і зміна агрегатних станів, то визначається за формулою

(6.30)

де — ентальпія моля речовини початкового стану системи;

, , — ентальпії переходів із

одного стану в інший;

та інші — теплоємності при р=const для відповідного значення температур, які розраховані на 1 моль речовини.

Дата добавления: 2015-07-08