Задачи и методы исследования термодинамических процессов

Задачами исследования термодинамических процессов в газах является выявление закономерностей изменения параметров при протекании процессов и установление закономерностей превращения энергии, т.е. определение значения теплоты , работы l и изменения внутренней энергии Δu.

Методика исследования процессов в газах предусматривает решение следующих вопросов:

1. Установление уравнения процесса;

2. Определение графика процесса;

3. Нахождение связи между параметрами состояния газа, изменяющимися при протекании процесса;

4. Определение теплоемкости газа;

5. Определение количества теплоты q, подведенной к газу, совершенной

им работы l и изменения его внутренней энергии Δu.

Будем рассматривать только равновесные процессы в идеальных газах.

Изохорный процесс

Изохорным называется процесс, протекающий при постоянном объеме.

1. Уравнение процесса – .

2. График процесса – вертикальная линия в р,υ -координатах (рис. 2.5).

3. Связь между параметрами состояния газа. Для этого запишем уравнение состояния для точек 2 и 1 и разделим их друг на друга

, .

Так как в изохорном процессе , то

. (2.14)

4. Теплоемкость газа в изохорном процессе обозначается символом . Для идеального газа при умеренных температурах

где – число степеней свободы молекулы газа.

Рис. 2.5. График изохорного процесса

5. Определение количества теплоты q, подведенной к газу, совершенной им работы l и изменения его внутренней энергии Δu:

- так как , то , значит, элементарная работа и работа расширения газа l = 0 ;

- согласно первому закону термодинамики . Так как l = 0, то

. (2.15).

Если , то . Тогда из (2.14) следует, что . Значит, при подводе теплоты к газу его давление возрастает и наоборот (рис. 2.5).

Таким образом, в изохорном процессе теплота, сообщаемая газу, идет только на увеличение его внутренней энергии, т.е. на увеличение его температуры.

Изобарный процесс

Изобарным называется процесс, протекающий при постоянном дав-

Лении.

1. Уравнение процесса – .

2. График процесса – горизонтальная линия в р,υ -координатах (рис. 2.6).

3. Связь между параметрами состояния газа. Для этого запишем уравнение состояния для точек 2 и 1 и разделим их друг на друга

, .

Рис. 2.6. График изобарного процесса

Так как в избарном процессе , то

. (2.16)

4. Теплоемкость газа в изобарном процессе обозначается символом с_р. Для идеального газа при умеренных температурах

.

5. Определение количества теплоты q, подведенной к газу, совершенной им работы l и изменения его внутренней энергии Δu:

— работа расширения газа: так как , то

(2.17)

— количество тепла, подведенного к газу

; (2.18)

— изменение внутренней энергии газа

; (2.19)

Если , то . Тогда из (2.16) следует, что . Значит, при подводе к газу теплоты его удельный объем возрастает и наоборот (рис. 2.6).