Виды теплообмена

Всего существует три простых (элементарных) вида передачи тепла:

• Теплопроводность

• Конвекция

• Тепловое излучение

Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам. Теплоемкость идеального газа.

Количество теплоты, полученное системой, идёт на изменение её внутренней энергии и совершение работы против внешних сил

Первое начало термодинамики:

• при изобарном процессе

• при изохорном процессе (A = 0)

• при изотермическом процессе (ΔU = 0)

Здесь   — масса газа,   — молярная масса газа,   — молярная теплоёмкость при постоянном объёме,   — давление,объём и температура газа соответственно, причём последнее равенство верно только для идеального газа.

Молярная теплоемкость — теплоемкость 1 моля идеального газа.

Адиабатический

В адиабатическом процессе теплообмена с окружающей средой не происходит, то есть  . При изменении объема температура и давление меняются, то есть  . Следовательно, теплоемкость идеального газа в адиабатическом процессе также равна нулю: С_адиаб=0.

Изотермический

В изотермическом процессе постоянна температура, то есть  . При изменении объема газу передается (или отбирается) некоторое количество тепла. Следовательно, теплоемкость идеального газа стремится к бесконечности: 

Изохорный

В изохорическом процессе постоянен объем, то есть  . Элементарная работа газа равна произведению изменения объема на давление, при котором происходит изменение (δA = δVP). Первое Начало Термодинамики для изохорического процесса имеет вид:

А для идеального газа

Таким образом,

где i — число степеней свободы частиц газа.

Изобарный

В изобарном процессе ( ):

C_P=δQ/νΔT=C_V+R=((i+2)/2)*R

Вывод формулы для теплоемкости в данном процессе

Согласно 1 началу термодинамики существует 2 способа изменить внутреннюю энергию тела (в нашем случае идеального газа): передать ему тепло или совершить над ним работу.

dU=δQ+δA, где δA — работа окр. среды над газом.

δA_{окр.среды}=-δA_газа

δQ=dU+δA_газа

В расчете на 1 моль:

С=δQ/ΔT=(ΔU+pΔV)/ΔT

ΔU=C_V*ΔT

C=C_V+(pΔV/ΔT)_{в данном процессе}

Адиабатный и политропные процессы.

Адиабатический процесс — термодинамический процесс в макроскопической системе, при котором система не получает и не отдаёт тепловой энергии.

 Серьёзное исследование адиабатических процессов началось с XVIII века^[1].

Адиабатический процесс является частным случаем политропного процесса. Адиабатические процессы обратимы, если их проводить достаточно медленно (квазистатически). В общем случае адиабатический процесс необратим. Некоторые авторы (в частности, Л. Д. Ландау) называли адиабатическими только квазистатические адиабатические процессы^[2].

Если термодинамический процесс в общем случае являет собой три процесса - теплообмен, совершение системой (или над системой) работы и изменение её внутренней энергии^[4], то адиабатический процесс в силу отсутствия теплообмена (ΔQ = 0) системы со средой сводится только к последним двум процессам^[5]. Поэтому, первое начало термодинамики в этом случае приобретает вид

, где   — изменение внутренней энергии тела,   — работа, совершаемая системой,   — теплота, полученная системой.

Энтропия (S) системы в обратимом адиабатическом процессе не меняется :

, где T - температура системы.

Благодаря этому адиабатический процесс может быть составной частью обратимого цикла.