2. Адіабатний процес.

Термодинаміка вивчає ще один процес, який широко застосовується на практиці – адіабатний процес.

Процес у будь-якій системі, що відбувається без обміну теплом з оточуючим середовищем, називається адіабатним.

Оскільки в адіабатному процесі Q = 0, то перший закон термодинаміки для нього має вигляд:

А = ΔU.

Тобто, при адіабатному розширенні газ виконує роботу лише за рахунок зменшення своєї внутрішньої енергії. При адіабатному стисканні газу його внутрішня енергія зростає.

Задача 63. Яку роботу виконує газ, що розширюється ізобарно за тиску 2·10⁵ Па від об’єму 1,6 до об’єму 2,5 л?

Задача 64. Знайти зміну внутрішньої енергії для 1 г азоту (N₂) при нагріванні його на 160 К. Питома теплоємність азоту 1 кДж/(кг·К).

Задача 65*. Об’єм, що займає 1,45 кг повітря за 0 °С дорівнює 0,5 м³. Після передачі певної кількості тепла воно ізобарно розширилося до 0,6 м³. Знайти виконану роботу, кількість поглинутої теплоти, зміну температури та внутрішньої енергії. Молярна маса повітря 29 г/моль. Питома теплоємність повітря 1 кДж/(кг·К).

Д.З. 1. § 60.

2. §§ 6.11, 6.12, 6.5; 8.6, 12.5.

Задачі № 4.6, 5.12.

Заняття 19. Теплові машини.

1. Теплові машини. Холодильна машина.

Тепловою машиною називають пристрій для перетворення внутрішньої енергії палива в механічну.

Теплота у теплових машинах отримується здебільшого за рахунок згоряння органічного палива (вугілля, нафтопродуктів, деревини тощо), завдяки теплообміну передається газу. Газ розширюється, виконуючи при цьому роботу проти зовнішніх сил і надаючи руху механізму.

Теплові двигуни діляться на двигуни внутрішнього згоряння, парові і газові турбіни, реактивні двигуни.

У двигунах внутрішнього згоряння, які складаються з одного чи декількох циліндрів, рідке паливо чи газ разом з повітрям подається у циліндри і запалюється. Продукти згоряння, що мають високу температуру і високий тиск тиснуть на поршень, який знаходиться у циліндрі. Поршень при цьому рухається. За допомогою кривошипно-шатунного механізму поступальний рух поршня перетворюється в обертальний рух колінчастого валу, на якому знаходиться масивний маховик. Інерція обертання маховика повертає поршень у початкове положення.

У парових чи газових турбінах пара чи газ, що має високу температуру і високий тиск тиснуть на лопатки турбіни і примушують її обертатися.

Будь-яка теплова машина (рис. 30) складається з нагрівача і робочого тіла. Робоче тіло отримує від нагрівача теплоту Q₁, частина якої перетворюється в роботу А, а інша частина Q₂ передається навколишньому середовищу (холодильнику).

Коефіцієнт корисної дії (ККД) теплової машини:

Максимальне значення ККД ідеальної теплової машини:

де Т₁ – температура робочого тіла, Т₂ – температура навколишнього середовища.

Холодильна машина – це пристрій для охолодження тіл за рахунок примусової передачі тепла від холодніших тіл до гарячіших завдяки виконанню роботи. Прикладом є домашній холодильник, холодильні установки промислового призначення тощо.

Робочу систему холодильної машини заповнюють рідиною, яка легко випаровується (фреони, аміак та ін.), її називають холодоагентом. За допомогою компресора газоподібний холодоагент стискується. При цьому його температура зростає і стає вищою за температуру оточуючого середовища. У зовнішньому теплообміннику (радіаторі) холодоагент охолоджується практично до температури оточуючого середовища, віддаючи йому при цьому теплоту. Потім стиснутий і охолоджений газоподібний холодоагент проходить через вузький отвір (діафрагму). Швидкість його молекул, а отже і їх кінетична енергія, зростає за рахунок потенціальної енергії. При цьому газ скраплюється, охолоджуючись до температури близько – 30 ° С. Рідкий холодоагент проходить через внутрішній теплообмінник у морозильній камері. Відбираючи тепло від внутрішнього об’єму холодильника він нагрівається і випаровується. Потім холодоагент знову надходить до компресора і цикл повторюється.

Існують холодильники (наприклад абсорбційні), у яких використовуються інші процеси.

Загальним для усіх типів холодильників є те, що для отримання холоду необхідно виконувати роботу.