Адиабатный процесс

Адиабатным называется процесс, который осуществляется без теплообмена между газом и внешней средой (q = 0). Практическое использование этот процесс находит в соплах паровых турбин, реактивных двигателей и в других случаях, где газ движется с высокими скоростями.

Уравнение адиабаты имеет вид:

pJ^k = const, (71)

где k = c_p/c_J – показатель адиабаты (для одноатомных газов k = 1,67; для двухатомных k = 1,41; для трех- и более атомных газов k = 1,29).

Практически адиабатный процесс можно осуществить при расширении или сжатии газа в цилиндре, стенки которого не проводят теплоты, или при протекании процесса настолько быстро (мгновенно), что теплообмен между рабочим телом и окружающей (внешней) средой не успевает произойти.

В pJ-диаграмме (рис. 6, а) адиабата изображается неравнобокой гиперболой. Из сравнения адиабаты и изотермы (показана на рис. 6, а пунктиром) видно, что давление в адиабатном процессе изменяется быстрее, чем в изотермическом.

Связь между параметрами состояния рабочего тела в адиабатном процессе получается из уравнения (71):

p₁/p₂ = (J₂/J₁)^k. (72)

Рис. 6. Адиабатный процесс в rJ (а)- и Ts (б)-диаграммах.

Изменение внутренней энергии рабочего тела определяют по выражению:

Du = u₂ – u₁ = c_J (T₂ – T₁). (73)

Работа расширения (ℓ) газа в адиабатном процессе может быть найдена из выражения первого закона термодинамики:

q = Du + ℓ. (74)

Отсюда:

ℓ = – Du = – c_J (T₂ – T₁) = c_J (T₁ – T₂). (75)

Так как, согласно (32), c_J = R/(k – 1), то:

ℓ = R/(k – 1) (T₁ – T₂) = 1/(k – 1) (p₁J₁ – p₂J₂). (76)

Следовательно, в адиабатном процессе расширения работа совершается за счет уменьшения внутренней энергии газа, то есть T₂ < T₁.

В обратном процессе сжатия работа, совершаемая внешней средой над газом, идет на увеличение внутренней энергии рабочего тела, на повышение его температуры.

Работа расширения газа – положительная (+ ℓ), работа сжатия – отрицательная (– ℓ).