Основные термодинамические процессы в газах

Различают следующие основные термодинамические процессы в идеальных газах:

1. Изохорный процесс;

2. Изобарный процесс;

3. Изотермический процесс;

4. Адиабатный процесс;

5. Политропный процесс.

При исследовании термодинамического процесса в общем случае определяют такие его параметры:

а) Уравнение процесса.

б) Графики процессов в координатах и T-s.

в) Работу l, совершаемую 1 кг тела за процесс.

г) Теплоту процесса q.

д) Изменение внутренней энергии Δu и энтальпии Δh.

е) Изменение энтропии Δs.

1. Изохорный процесс ( =const)

Уравнение процесса получаем из уравнения Клапейрона:

.

Разделяя переменные и постоянные величины, получим:

или .

а) Изохорному процессу соответствует закон Шарля:

- давление газа в изохорном процессе прямо пропорционально его абсолютной температуре.

б) Графики изохорного процесса в координатах и T-s представлены на рис. 1.13. и на рис. 1.14.

Рисунок 1.13 – Изохорный процесс в координатах

Рисунок 1.14 – Изохорный процесс в T-s координатах

в) l=0;

г) ;

д) , так как и есть функции состояния и не зависят от характера процесса, то формулы для определения и будут одинаковы для всех процессов.

е) Изменение энтропии , а за процесс ;

Используя первый закон термодинамики, получим:

,

где , тогда , следовательно:

.

3. Изобарный процесс (p= const)

а) Уравнение процесса получаем из уравнения Клапейрона:

Уравнение изобарного процесса:

.

Это закон Гей-Люссака (1802 г.) - удельный объем газа в изобарном процессе прямо пропорционально его абсолютной температуре.

б) Графики изобарного процесса в координатах и T-s

Рисунок 1.15 – Изобарный процесс в и T-s координатах

в) ;

или ;

г) ;

д)

е) .

4. Изотермический процесс (Т=const)

а) Уравнение процесса получаем из уравнения уравнение Клапейрона:

.

Получили закон Бойля-Мариотта – в изотермическом процессе давление и удельный объем обратнопропорциональны друг другу:

.

б) Графики изотермического процесса в координатах и T-s

Рисунок 1.16 – Изотермический процесс в и T-s координатах

в) ;

;

г) ;

д) ;

;

е) .

5. Адиабатный процесс

а) Адиабатный процесс протекает без теплообмена с окружающей средой (либо так быстро, что теплообменом можно пренебречь)

.

Уравнение адиабатного процесса

,

,

где k – показатель адиабаты, зависит от строения вещества.

Показатель адиабаты k может быть определен как отношение изобарной теплоемкости и изохорной теплоемкости :

,

где k=1,66 – для одноатомных (инертных) газов,

k=1,40 – для двухатомных газов,

k=1,33 – для трехатомных газов.

Уравнение адиабатного процесса также может быть представлено в виде:

;

;

.

б) Графики адиабатного процесса в координатах и T-s

Рисунок 1.17 - Адиабатный процесс в и T-s координатах

в)

Используя выражения для показателя адиабаты k и уравнение Майера, получим выражение для определения :

.

Тогда:

.

г) ;

д) ;

е) , . Поскольку , то и s=const.