9.Работа. Свойства p-V диаграмм.

Работа процесса. Рассмотрим термо­динамическую систему, взаимодейст­вующую с окружающей средой. Меж­ду системой и средой происходит обмен энергией. При взаимодействии, проте­кающем при бесконечно малой разно­сти потенциалов, внутренняя энергия системы изменяется на dU. В соответ­ствии с законом сохранения энергии таким же по абсолютной величине должно быть изменение энергии тел окружающей среды, с которыми вза­имодействует система. Однако в термо­динамике объектом исследования явля­ются процессы, протекающие в системе. Поэтому количественная оценка изме­нения внутренней энергии основана на определении соответствующих физиче­ских величин, которые представляют со­бой количественные меры взаимодейст­вия (количества воздействия) различ­ного рода. Количественной мерой ме­ханического взаимодействия является механическая работа, термического взаимодействия — теплота.

В термодинамике теплового двигате­ля исследуется работа_изменения объ­ема (расширения, сжатия) газа. Она обозначается буквой L(Дж), удель­ная работа — l(Дж/кг). Рассмотрим газ, находящийся в цилиндре над порш­нем площадью Р под давлением р. В этом случае приложенная к поршню сила Р = рF. При механическом взаимо­действии газ под действием силы Р совершит элементарную работу изме­нения объема dL, в результате чего поршень переместится на расстоя­ние dx: dL=pFdx=pdV, или для 1 кг газа: dl=pdv.

Работа расширения, совершаемая си­стемой против внешних сил, считается положительной, а работа сжатия, со­вершаемая окружающей средой против внутренних сил системы,— отрицатель­ной.

Рассмотрим на диаграмме р — v равновесный процесс I— 2 расширения системы. Объем системы изменяется от до . Состояния, ко­торые проходит система в процессе изменения объема, однозначно опреде­ляются координатами точек на кривой процесса (между точками 1 и 2). Работа расширения (сжатия) численно равна плошади фигуры (заштрихованной), ограниченной линией процесса, ордина­тами крайних точек и осью объемов. Она зависит от пути перехода системы из состояния I в состояние 2, т. е. от характера процесса. . Значение интеграла зависит от вида подынтегральной функции р(v). Поэтому с изменением характера процесса (кри­вой процесса между точками 1 и 2) из­меняется работа расширения. Аналогичные рассуждения можно привести и для работы сжатия. Величина dl не являет­ся полным дифференциалом.

10.Теплота.Свойства t-s диаграмм.

Теплота. Теплота (количество тепло­ты) - энергетическая характеристика процесса теплообмена, измеряемая ко­личеством энергии, которое получает (отдает) в процессе теплообмена рас­сматриваемое тело (или система). Обо­значается буквой Q (Дж), удельное количество теплоты — q (Дж/кг), Теп­лота, сообщенная системе, считается положительной, а теплота, отданная си­стемой,— отрицательной, т.е. для рабо­ты и количества теплоты приняты про­тивоположные правила знаков. Теплота, как и работа, является функ­цией процесса, так как зависит от пути перехода системы из одного состояния в другое. Элементарное количество теп­лоты dQ=TdS, или dq=Tds.

На диаграмме T-s удельное коли­чество теплоты численно равно площа­ди фигуры (заштрихованная площадь), ограниченной кривой процесса, ордина­тами крайних точек и осью абсцисс. Величина dq не является полным дифференциалом, а представляет элементарное количество теплоты, переданной (поглощенной) системе (си­стемой) в термодинамическом процессе. Все другие количества воздействия также могут быть выражены через со­ответствующие потенциалы взаимодей­ствия и сопряженные с ними коорди­наты состояния.

Для электрического вза­имодействия элементарная работа пере­мещения электрического заряда в элек­трическом поле , где — потенциал электрического по­ля; q — электрический заряд.

Количественная мера взаимодейст­вия при химических и фазовых пре­вращениях , где — химический потенциал Гиббса; dm — бесконечно малое изменение мас­сы вещества.

Таким образом, для математического описания количественных мер равно­весного взаимодействия (количества воздействия) системы и среды может быть применена единая форма записи .