Билет № 5

Адиабати́ческий, или адиаба́тный проце́сс — термодинамический процесс в макроскопической системе, при котором система не обменивается тепловой энергией с окружающим пространством. При Адиабатический процессе теплоёмкость газа равна нулю и, постоянна. Адиабатические процессы обратимы только тогда, когда в каждый момент времени система остаётся равновесной (например, изменение состояния происходит достаточно медленно) и изменения энтропии не происходит.

Уравнение адиабатического процесса. Если термодинамический процесс в общем случае являет собой три процесса — теплообмен, совершение системой (или над системой) работы и изменение её внутренней энергии, то адиабатический процесс в силу отсутствия теплообмена ( ) системы со средой сводится только к последним двум процессам. Поэтому, первое начало термодинамики в этом случае приобретает вид где  — изменение внутренней энергии тела,  — работа, совершаемая системой. Изменения энтропии S системы в обратимом адиабатическом процессе вследствие передачи тепла через границы системы не происходит: Здесь  — температура системы,  — теплота, полученная системой. Благодаря этому адиабатический процесс может быть составной частью обратимого цикла

Показатель адиабаты (называемый коэффициентом Пуассона) — отношение теплоёмкости при постоянном давлении ( ) к теплоёмкости при постоянном объёме ( ). Иногда его ещё называют фактором изоэнтропийного расширения. Обозначается греческой буквой (гамма) или (каппа). Буквенный символ в основном используется в химических инженерных дисциплинах. В теплотехнике используется латинская буква . Уравнение: , где  — теплоёмкость газа,  — удельная теплоёмкость (отношение теплоёмкости к единице массы) газа, индексы и обозначают условие постоянства давления или постоянства объёма, соответственно.

Работа в адиабатическом процессе. когда работа совершается через изменение объёма, можно определить её следующим способом: пусть газ заключён в цилиндрический сосуд, плотно закрытый легко скользящим поршнем, если газ будет расширяться, то он будет перемещать поршень и при перемещении на отрезок совершать работу где F — сила, с которой газ действует на поршень. Перепишем уравнение: где s — площадь поршня. Тогда работа будет равна где  — давление газа,  — малое приращение объёма. Основное уравнение термодинамики примет вид:    скорость должна быть достаточно большой, чтобы можно было пренебречь обменом тепла с окружающей средой и процесс оставался адиабатическим.

Теплова́я маши́на — устройство, преобразующее тепловую энергию в механическую работу (тепловой двигатель) или механическую работу в тепло (холодильник). Принцип работы тепловой машины: преобразование осуществляется за счёт изменения внутренней энергии рабочего тела — на практике обычно пара или газа. Идеальная тепловая машина — машина, в которой произведённая работа и разница между количеством подведённого и отведённого тепла равны. Работа идеальной тепловой машины описывается циклом Карно. При работе часть тепла Q1 передается от нагревателя к рабочему телу, а затем часть энергии Q2 передается холодильнику, который охлаждает машину. КПД тепловой машины считается по формуле (Q1-Q2/Q1)х100.Периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет получаемого извне тепла, называется тепловой машиной.

Цикл Карно́ — идеальный термодинамический цикл. Тепловая машина Карно, работающая по этому циклу, обладает максимальным КПД из всех машин, у которых максимальная и минимальная температуры осуществляемого цикла совпадают соответственно с максимальной и минимальной температурами цикла Карно. Состоит из 2 адиабатических и 2 изотермических процессов. Одним из важных свойств цикла Карно является его обратимость: он может быть проведён как в прямом, так и в обратном направлении, при этом энтропия адиабатически изолированной системы не меняется. Цикл Карно состоит из четырёх стадий: Изотермическое расширение, Адиабатическое расширение, Изотермическое сжатие, Адиабатическое сжатие

КПД цикла Карно. Количество теплоты, полученное рабочим телом от нагревателя при изотермическом расширении, равно . Аналогично, при изотермическом сжатии рабочее тело отдало холодильнику

. Отсюда коэффициент полезного действия тепловой машины Карно равен

. КПД тепловой машины Карно зависит только от температур нагревателя и холодильника. КПД может составлять 100 % только в том случае, если температура холодильника равна абсолютному нулю. Поэтому максимальный КПД любой тепловой машины будет меньше или равен КПД тепловой машины Карно, работающей при тех же температурах нагревателя и холодильника.