4. Термодинамічний процес

Будь-яка зміна в термодинамічній системі, пов'язана із зміною хоч би одного з її параметрів, називается термодинамічним процесом

Якщо одна система здійснює роботу над іншою системою за допомогою механичних і електричних сил, то взаємодія називається механічною. Взаємодія, яка наводить до зміни енергії і здійснюється у формі передачі теплоти за допомогою теплопровідності або теплової радіації, називається тепловою. Взаємодія, що призводить до зміни енергії і здійснюється у формі передачі маси, називається массообмінною.

Розрізняють рівноважні і неравноважні процеси.

Рівноважним процесом називається термодинамічний процес, який предсталяє собою безперервну послідовність рівноважних станів. У такому процесі фізичні параметри змінюються нескінченно повільно, так що система весь час знаходиться в рівноважному стані. Крім того, всі частини системи мають однакову температуру і тиск. Рівноважні процеси - оборотні. Оборотні термодинамічні процеси - це такі, за яких термодинамічна система після низки змін свого стану повертається до початкового. Зіставленням необоротних процесів з оборотними можна виявити шляхи підвищення ефективності перших (наприклад, ККД теплових двигунів).

Оборотний термодинамічний процес, в якому робоче тіло, повертаючись у вихідний стан, не набуває двічі одного і того ж стану, називається круговим прогресом, або циклом

Нерівноважним процесом називається термодинамічний процес, який представляє собою послідовність станів, серед яких не всі являются рівноважними. У нерівноважному процесі різні частини системи мають різні температури, тиски, щільність, концентрації.

Стан робочого тіла, коли в кожний момент часу параметри тілі однакові по всій товщі називається рівноважним

Процеси, що протікають в прямому (розширення) І зворотно (стиск) напрямах, проходячи через одні й ті самі проміжні стан в протилежній послідовності, називаються оборотними. При цьому в результаті проведення оборотного процесу як робоче тіло, так і навколишнє середовище повинні повернутися в початковий стан без будь-яких змін. Умови оборотності процесів такі: механічна рівновага, термічна рівновага, відсутність тертя.

Дійсні процеси нерівноважні (протікають з певними швидкостями й з великою різницею температур) і відбуваються при наявності тертя – необоротні.

Види термодинамічних процесів:

1. Ізохорний процес: — це термодинамічний процес, який відбувається при сталому об'ємі.

2. Ізобарний процес: зміна стану фізичної системи за сталого тиску.

3. Ізотермі́чний процес — це термодинамічний процес, який відбувається при сталій температурі.

4. Адіабатний процес - термодинамічний процес, який відбувається у системі за її повної ізоляції, тобто коли між системою та навколишнім середовищем відсутній теплообмін.

5. Політропний процес — термодинамічний процес, під час якого питома теплоємність c з газу залишається незмінною

5. Основні газові закони

Основні газові закони( для ідеальних газів):

1. Бойля-Маріотта (4.6) при сталій температурі питомий об’єм ідеального газу змінюється обернено пропорційно, а густина – прямо пропорційно зміні тиску газу.

2. Гей-Люссака (4.7) при сталому тиску питомий об’єм ідеального газу змінюється прямо пропорційно, а густина – обернено пропорційно абсолютній температурі газу.

3. Шарля (4.8) при сталому об’ємі тиск ідеального газу змінюється прямо пропорційно зміні абсолютної температури

4. Авогадро (4.9) при однакових тисках і температурах густина газів прямо пропорційна а питомий об’єм обернено пропорційний молекулярній масі цих газів.

Виведення термічного рівняння стану ідеального газу:

1. Об’єднаний закон Бойля-Маріотта та Гей-Люссака: (4.10)- для ідеального газу в різних його станах добуток тиску на питомий об’єм, поділений на температуру – величина стала, яка називається газовою сталою const=R (4.11)- питоме рівняння стану або характеристичне рівняння Клапейрона для 1 кг газу; де R – питома газова стала. (4.12), де М – маса газу (4.13)

(4.14) - рівняння стану, або характеристичне рівняння Клапейрона-Менделєєва для будь-якої кількості (маси М, кг) ідеального газу.

р-Н/м², v i V – м³/кг і м³, М-кг, R – Дж/кг К

Термічне рівняння стану для реальних газів (Ван дер Ваальса): (4.15)

де а, b – коефіцієнти, що мають певне числове значення для різних газів