Курс лекций общая энергетика

Изобарный процесс

Процесс, протекающий при постоянном давлении, называется изобарным. Этот процесс можно представить как процесс расширения или сжатия 1 кг газа в цилиндре, закрытом поршнем, на который давит груз, создающий постоянное давление (рис.14а). В этом случае подвод тепла qр приведёт не только к росту температуры газа от Т1 к Т2, но и к перемещению поршня, то есть к совершению работы расширения.

 Изобарный процесс выражается уравнением: р=const.

 На р, v-диаграмме этот процесс изображается прямой линией 1-2,

 Р=const параллельной оси абсцисс (рис.14б).

 Рис. 14а Работа расширения на р, v-диаграмме изображается

 заштрихованной площадью под линией 1—2.

 р Разность энтальпий газа в состояниях 1 и 2 (в р,v-диаграмме)

lР

 
 соответствует тому количеству тепла, которое нужно подвести к

 газу или отвести от него для того, чтобы его температура в ходе

 v изобарного процесса изменилась (повысилась или понизилась) от

 p,v1,T1 p,v2,T2 Т1 до Т2.

 Рис. 14б

Изотермический процесс

р  Рис.15.

  р1  1 Т

 

 р2 2 Т

 

 

  v1 v2 v

 
Процесс, протекающий при постоянной температуре, называется изотермическим. Уравнение этого процесса имеет вид: T=const.

 Линия 1—2 ― это изотермический процесс в р,v-диаграмме.

 Согласно закону Бойля—Мариотта рv=const ― уравнение изотермы.

 В р, v-диаграмме изотермический процесс изображается гиперболой,

 то есть линией, которая симметрично располагается относительно

l

 
 координатных осей.

 В изотермическом процессе вся теплота, сообщаемая газу

 расходуется полностью на работу расширения.

 В р, v-диаграмме при изотермическом процессе работа ― это площадь под гиперболой.

Итак, основные положения пройденного материала.

Изобарный процесс ― это термодинамический процесс, проходящий при постоянном давлении в системе.

Изохорный процесс ―это термодинамический процесс, проходящий при постоянном объёме системы.

Изотермический процесс ― это термодинамический процесс, проходящий при постоянном температуре системы.

Политропный процесс ― это термодинамический процесс, проходящий при постоянной теплоёмкости газа.

Теплота ― это часть изменения полной энергии системы в термодинамической системе, обусловленная разностью температур с другими системами и наличием трения.

Работа ― это часть изменения полной энергии системы в термодинамичесом процессе, обусловленная действием её против внешних сил.

Теплоёмкостью называется количество теплоты, которое необходимо подвести к телу, чтобы нагреть его на 10С или 1 К.

Контрольные вопросы.

1. Что является характерным признаком необратимых процессов и сопровождается потерей внешней работы?

А. Окружающая среда. В. Трение. С. Теплота. D. Работа.

2. Какой процесс называется политропным?

А. При постоянном объёме. В. При постоянном давлении.

С. При постоянной температуре. D. При постоянной теплоёмкости.

3. Что такое K=СР/СV?

А. Показатель политропы. В. Показатель изотермы.

C. Показатель адиабаты. D. Показатель изобары.

4. Что такое ?

А. Показатель политропы. В. Показатель изотермы.

C. Показатель адиабаты. D. Показатель изохоры.

  р

   v

 
5. Какой процесс изображён в р, v-диаграмме?

 А. Изохорный. В. Изобарный.

 С. Изотермический. D. Политропный.

6. Закончите фразу: для каждого политропного процесса показатель политропы n ― величина………….

А. Величина переменная. В. Величина бесконечная.

С. Величина постоянная. D. Величина бесконечно малая.

Подпись: Р                          Рис.15а
 р1              1  Т1            q=0
            
р2                                        2 Т2

            v1              v2     v
1.4.11. Адиабатный процесс

l

 
Адиабатным называется процесс, который осуществляется без теплообмена между газом и окружающей средой. Или ещё одно определение: адиабатный, или изоэнторпный ― это процесс изменения состояния рабочего тела без подвода и отвода теплоты.

 В р,v-диаграмме адиабатный процесс 1—2. Внешнее

 тепло в адиабатном процессе не участвует, то есть q=0.

Такой процесс соответствует случаю, когда сосуд, вмещающий в себя газ, изолирован в тепловом отношении от окружающей среды.

В адиабатном процессе работа расширения совершается только за счёт внутренней энергии газа и при сжатии, происходящем за счёт действия внешних сил, вся совершаемая ими работа идёт на увеличение внутренней энергии газа. На р, v-диаграмме внутренняя работа газа ― это площадь фигуры 1-v1-v2-2.

Уравнение кривой адиабатного процесса имеет вид: рvk=сonst. В этом выражении k называется показателем адиабаты, или коэффициентом Пуассона.

На р,v-диаграмме при расширении газа направление процесса от точки 1 к точке 2 и величина внутренней работы газа ℓ положительна. И, наоборот, при сжатии газа (от точки 2 к точке 1) величина внутренней работы газа ℓ отрицательна.

Адиабатному расширению газа, когда его внутренняя энергия уменьшается, соответствует понижению его температуры, и наоборот, адиабатному сжатию газа, когда его внутренняя энергия увеличивается, соответствует повышение его температуры.

Проведённое выше рассмотрение политропного и основных термодинамических процессов позволяет сделать следующие выводы:

1. Основные термодинамические процессы ― изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный ― являются частными случаями политропных процессов, охватывающих совокупность процессов, определяемых уравнением рvn=const, с различными значениями показателя степени (политропы) n: от - до +.

2. В политропном процессе в общем случае подводимое к газу тепло расходуется на изменение внутренней энергии и на совершение внешней работы.

3. В изотермическом процессе всё подводимое к газу тепло расходуется на совершение работы увеличения его объёма, а внутренняя энергия газа остаётся при этом неизменной. При изотермическом сжатии всё тепло, в которое превращается работа внешних сил при неизменной внутренней энергии газа, отводится от него.

4. В изохорном процессе всё подводимое к рабочему телу тепло расходуется на увеличение внутренней энергии рабочего тела.

5. В изобарном процессе только часть подводимого тепла расходуется на изменение внутренней энергии, а остальная часть его расходуется на работу расширения рабочего тела.

Энергетика