Изобарный процесс

Процесс, протекающий при постоянном давлении, называется изобарным. Такой термодинамический процесс может протекать в цилиндре, поршень которого перемещается без трения, так что давление в цилиндре постоянно и равно давлению на поршень окружающей среды.

В rJ-диаграмме (рис. 4, а) изобара изображается прямой линией, параллельной оси абсцисс (оси удельных объемов J): 1-2 – с подводом теплоты (+ q) и 1-2¢ – с отводом теплоты (– q).

Уравнение процесса

p = const. (51)

Зависимость между переменными значениями основных параметров состояния рабочего тела определяют из уравнения Клапейрона (14), записанногодля точки 1 и точки 2:

Рис. 4. Изобарный процесс в rJ (а)- и Ts (б)-диаграммах.

рJ₁ = RT₁ и рJ₂ = RT₂, (52)

откуда получают:

J₁/J₂ = T₁/T₂. (53)

Таким образом, при увеличении удельного объема газа в изобарном процессе температура его повышается, при уменьшении – понижается.

Работа расширения газа ℓ (рис. 4, а) изображается площадью под линией процесса 1-2 – расширение (+ ℓ) и под линией 1-2¢ – сжатие (– ℓ). Из рисунка 4, а видно, что работу расширения ℓ можно определить по уравнению

ℓ = p (J₂ – J₁) = R (T₂ – T₁). (54)

Если количество газа G (кг), то формула для вычисления работы расширения L принимает вид:

L = p (V₂ – V₁) = GR (T₂ – T₁). (55)

Приняв в формуле (54) разность абсолютных температур T₂ – T₁ = 1K, получим, что ℓ = R. Это позволяет определить физический смысл газовой постоянной как удельной работы расширения 1 кг идеального газа при нагревании на 1 К при r = const.

Изменение внутренней энергии идеального газа при известных значениях температур в начале (Т₁) и в конце (Т₂) процесса (считая теплоемкость c_J постоянной) выражается уравнением:

u₂ – u₁ = Du = c_J (T₂ – T₁). (56)

Количество теплоты, сообщенной рабочему телу в данном процессе, определяется из математического выражения первого закона термодинамики (41) с учетом формул (56) и (54):

q = Du + ℓ = c_J (T₂ – T₁) + R (T₂ – T₁) = cp (T₂ – T₁), (57)

так как, согласно формуле (26), c_p = c_J + R.

Изменение удельной энтропии в изобарном процессе подсчитывают по уравнению:

Ds = s₂ – s₁ = cp ln T₂/T₁ = 2,3 cp lg T₂/T₁. (58)

Следовательно, в Ts-диаграмме изобарный процесс, так же, как и изохорный, изображается логарифмической кривой, но более пологой по сравнению с изохорой (рис. 4, б). Такое относительное расположение изобары и изохоры в Ts-диаграмме обусловлено тем, что удельная теплоемкость c_p > c_u.

Теплота процесса (q) графически изображается площадью (рис. 4, б), ограниченной кривой процесса (1-2, 1-2¢) и осью абсцисс.