7.3. Изобарный процесс

Изобарным называется процесс, протекающий при постоянном давлении. Кривая процесса называется изобарой (рис. 13).

Рис. 13. р, υ- и T, s-диаграммы изобарного процесса

Из уравнения состояния идеального газа при р = const объем газа изменяется прямо пропорционально абсолютным температурам: .

При расширении газа его температура возрастает, при сжатии – уменьшается. Удельная работа изменения объема выражается уравнением:

или .

Удельная располагаемая (полезная) внешняя работа: .

Изменение удельной внутренней энергии: .

Основное уравнение первого закона термодинамики при р = const принимает вид: . Следовательно, удельное количество теплоты, сообщенное телу в изобарном процессе при постоянной удельной теплоемкости:

.

При переменной удельной теплоемкости .

Часть сообщенного удельного количества теплоты q_1–2,р, равная р (υ₂ – υ₁), переходит в работу расширения, а другая часть идет на увеличение удельной внутренней энергии тела.

Для обратимого изобарного процесса при постоянной удельной теплоемкости изменение удельной энтропии находится по уравнению

Изобара на Т, s-диаграмме изображается кривой, обращенной выпуклостью вниз. Площадь под изобарой в некотором масштабе изображает некоторое количество теплоты q_p, сообщенное газу и равное изменению удельной энтальпии i₂ – i₁. Все изобары при одной и той же температуре имеют одинаковые угловые коэффициенты. Горизонтальные расстояния между изобарами различных давлений при Т = const (рис. 13) определяются по уравнению Из данного уравнения следует, что расстояние между изобарами зависит от давлений и природы газа. Чем больше давление газа, тем ближе изобара к оси ординат. В случае осуществления изобарного и изохорного процессов в одном температурном интервале возрастание удельной энтропии будет больше в изобарном процессе, так как с_р всегда больше с_υ. Поэтому изобара является более пологой кривой по сравнению с изохорой (рис. 13).

7.4. Изотермический процесс

Изотермическим называется процесс, протекающий при постоянной температуре. Кривая процесса называется изотермой (рис. 14). Для изотермического процесса идеального газа или . При постоянной температуре объем газа изменяется обратно пропорционально его давлению (закон Бойля – Мариотта).

Н а р, υ-диаграмме (рис. 14) изотермический процесс представляет собой равнобокую гиперболу. Основное уравнение первого закона термодинамики при T = const принимает вид: или Количество подведенной к рабочему телу теплоты численно равно работе изменения объема. Удельная работа изменения объема Но из уравнения изотермы имеем , поэтому . Интегрируя последнее выражение, получим . При переходе к десятичному логарифму

.

Удельная располагаемая внешняя работа l´ определяется по формуле

.

Таким образом, в изотермическом процессе идеального газа , или удельная работа изменения объема, располагаемая (полезная) работа и удельное количество теплоты, полученное телом, равны между собой.

Удельная теплоемкость в изотермическом процессе

.

Удельная энтальпия и удельная внутренняя энергия идеального газа не меняются, т. е. di = 0 и du = 0. Для определения изменения удельной энтропии используют уравнение . Откуда .

Удельное количество теплоты, участвующее в изотермическом процессе, равно произведению изменения удельной энтропии (s₂ – s₁) на абсолютную температуру Т:

q = T (s₂ – s₁).