4. Термодинамические процессы

Тепловой процесс (термодинамический процесс) — изменение макроскопического состояния термодинамической системы.

Система, в которой идёт тепловой процесс, называется рабочим телом.

Тепловые процессы можно разделить на равновесные и неравновесные. Равновесным называется процесс, при котором все состояния, через которые проходит система, являются равновесными состояниями. Термодинамическое равновесие — состояние системы, при котором остаются неизменными по времени макроскопические величины этой системы (температура, давление, объем, энтропия) в условиях изолированности от окружающей среды.

Тепловые процессы можно разделить на обратимые и необратимые. Обратимым называется процесс, который можно провести в противоположном направлении через все те же самые промежуточные состояния.

Можно выделить несколько тепловых процессов:

• Адиабатный процесс (q = 0) — происходящий без теплообмена с окружающей средой;

• Изохорный процесс (v= const) — происходящий при постоянном объёме;

• Изобарный процесс (р = const) — происходящий при постоянном давлении;

• Изотермический процесс (Т = const) — происходящий при постоянной температуре;

• Изоэнтропийный процесс — происходящий при постоянной энтропии;

• Изоэнтальпийный процесс — происходящий при постоянной энтальпии;

• Политропный процесс — происходящий при постоянной теплоёмкости;

Теория тепловых процессов применяется для проектирования двигателей, холодильных установок, в химической промышленности, в метеорологии.

4. Работа

В термодинамике движение тела как целого не рассматривается и речь идет о перемещении частей макроскопического тела относительно друг друга. При совершении работы меняется объем тела, а его скорость остается раной нулю. Но скорости молекул тела меняются. Поэтому меняется температура тела. При совершении работы в термодинамике меняется состояние макроскопических тел: их объем и температура.

Механическая работа:

где — сила, а — элементарное (бесконечно малое) перемещение.

Элементарная работа термодинамической системы над внешней средой:

где — нормаль элементарной (бесконечно малой) площадки, P — давление и dV — бесконечно малое приращение объёма.

Работа в термодинамическом процессе 12 выражается так:

Величина работы зависит от пути, по которому термодинамическая система переходит из состояния 1 в состояние 2, и не является функцией состояния системы. Такие величины называют функциями процесса.

10. Теплота и количество теплоты.

Теплота. Работа считается положительной, если ее совершает система. Теплота считается положительной если система ее получает.

Количество теплоты – кинетическая часть внутренней энергии вещества, определяемая интенсивным хаотическим движением молекул и атомов, из которых это вещество состоит. Мерой интенсивности движения молекул является температура. Количество теплоты, которым обладает тело при данной температуре, зависит от его массы; например, при одной и той же температуре в большой чашке с водой заключается больше теплоты, чем в маленькой, а в ведре с холодной водой его может быть больше, чем в чашке с горячей водой (хотя температура воды в ведре и ниже).

Количество теплоты является одной из основных термодинамических величин. Она является функцией процесса, а не функцией состояния, то есть количество теплоты, полученное системой, зависит от пути в соответствующих термодинамических координатах, по которому она была приведена в текущее состояние.

Количество теплоты фигурирует в первом начале термодинамики:

• ,

где — внутренняя энергия, а — работа системы над внешними телами. В дифференциальной форме:

• .