Часть ll. Тепловые процессы в газовых системах.

Лекция 3.

Термодинамические процессы в газовых системах.

1. Изохорный процесс (Шарля),

2. Изобарный процесс (Гей-Люссака),

3.Изотермический процесс (Бойля-Мариотта),

4. Адиабатный процесс.

5. Политропные процессы.

6. Круговые процессы,

7. Циклические процессы,

Термодинамический процесс - совокупность последо- вательных состояний, через которые проходит термодинамическая система при ее взаимодействии с окружающей средой.

При равновесных процессах система проходит ряд после- довательных равновесных состояний, в которых все параметры системы изменяются строго эквивалентно между собой.

При неравновесных процессах в любой единичный момент времени параметры термодинамической системы не эквивалентны между собой и не равновесны.

Все реальные процессы неравновесны. Но в термо- динамике рассматриваются только равновесные процессы, поскольку только равновесные состояния могут быть описаны строго количественно с помощью уравнений состояния или изображены графически.

Все термодинамические процессы исследуются по единой схеме:

1. выводится уравнение процесса;

2. устанавливается соотношение между основными параметрами состояния газа (рабочего тела) в начале и в конце процесса;

3. строится графическое отображение зависимости между параметрами и функциями термодинмической системы;

4. определяется изменение внутренней энергии;

5. определяется работа расширения газа;

6. определяется изменение энтальпии в процессе;

7. определяется количество теплоты, участвующее в процессе;

8. определяется изменение энтропии в результате процесса.

3.1. Изохорный процесс (Шарля)

3.1.1. Уравнение процесса: v = const, dv = 0

3.1.2. Соотношение параметров: p₁v = RT₁; p₂v = RT₂

Разделив первое уравнение на второе, получим:

(закон Шарля),

изменение давления газа эквивалентно изменению температуры;

3 .1.3. Графическое отображение зависимости между параметрами и функциями

3.1.4. Изменение внутренней энергии определяется из уравнения первого закона термодинамики и теплоемкости:

dq_v = c_vdT = du_v + pdv, а так как dv = 0, то du_v = dq_v = c_vdT.

3.1.5. Определение работы: А = pdv при dv = 0, то А = 0.

3.1.6. Определение энтальпии: Н = U + A, так как A = 0,

то dh = du = dq

3.1.7. Количество теплоты в изохорном процессе в соответствии с первым законом термодинамики соответствует изменению внутренней энергии системы

dq_v = du_v + pdv = du_v

3.1.8. Изменение энтропии определяется из уравнений тепло- емкости и первого закона термодинамики:

откуда dq = c_vdT dq = c_vdT + pdv = c_vdT

После деления обеих частей этого уравнения на Т, получается .

Исходя из уравнения состояния идеального газа pv = RT, следует, что

После подставления этого выражения в предыдущие, получается: ,

где = 0, тогда или после интегрирования