Адиабатный процесс

Кроме трех рассмотренных процессов существует еще один интересный процесс, имеющий очень большое значение. Это– адиабатный процесс.

Отличительной особенностью этого процесса является то, что в течение этого процесса не происходит теплообмена с окружающей средой, т.е. система и не получает теплоты извне, и не отдает ее из системы.

Условия, обеспечивающие выполнение такого условия могут быть осуществлены следующим образом:

1. если окружить систему абсолютно не теплопроводной оболочкой (коэффициент теплопроводности материала равен нулю), то это было бы идеальным вариантом обеспечения адиабатного процесса. Приближенным случаем можно считать оболочку, закрывающую термодинамическую систему со всех сторон, а за ней находится вакуум. Правда в этом случае нам удастся избежать потерь энергии вследствие процесса теплопроводности, но не процесса излучения. Очень приблизительным следует считать процессы в тепловой машине, изолированной матами из материалов с малым коэффициентом теплопроводности.

2. адиабатным считают также процесс, протекающий очень быстро, т.е. тогда, когда тепло за время протекания процесса не успевает уйти из той области объема, где произошел процесс (или прийти в эту область). Если совместить это условие с предыдущим, то получим наиболее верное решение адиабатного процесса.

3. адиабатными можно считать процессы, происходящие в очень больших объемах газа (например, в атмосфере). Если в вертикальных направлениях в атмосфере происходит уменьшение давления, то теплота, которая должна прийти в эту область извне для выравнивая понизившейся температуры, будет идти очень долго и за небольшой интервал времени газовые процессы в данном месте можно отнести к адиабатным.

Т.к. в этом процессе меняются все три параметра газа, то имеют место три уравнения, связывающие между собой два параметра газа: p и V, V и T, p и T. В результате мы имеем три формулы для адиабатного процесса:

, , (59)

Первое уравнение называют уравнением Пуассона. Постоянная в уравнениях называется постоянной Пуассона, представляющей отношение молярных (или удельных) теплоемкостей и принимает значения:

, для одноатомных газов, для двухатомных газов и для трех (и более) атомных газов.

Если сравнить уравнение Пуассона и уравнение Клапейрона–Менделеева, то при адиабатном процессе давление убывает быстрее при увеличении объема, чем при изотермическом (для адиабатного ). Объясняется это тем, что давление в адиабатном процессе уменьшается не только из-за уменьшения объема, но и за счет уменьшеия температуры. Тангенс угла наклона кривой адиабатного процесса() больше, чем изотермического () и поэтому кривая (адиабата), характеризующая этот процесс в координатах давления и объема идет более круто, чем изотерма (рис. 14).

Поскольку в адиабатном процессе dQ=0, то и молярная теплоемкость тоже равна нулю. Это не будет казаться парадоксальным, если вспомнить, что теплоемкость–это количество теплоты, которое нужно подвести к системе извне, чтобы нагреть на 1^о.

Отметим, что специальной формулы для работы адиабатного процесса нет, она выражается через формулу изменения внутренней энергии:

, (60)

Дата добавления: 2015-07-16