9. Изобразить график и охарактеризовать изобарный процесс Изобарный процесс
Изобарным называется процесс, протекающий при постоянном давлении p = const. Из уравнения состояния идеального газа слуедует: v/T = R/p = const или v2/v1 = T2/T1,
т. е. в изобарном процессе объем газа пропорционален его абсолютной температуре.
Работа будет равна: l = p(v2 – v1).
Т. к. pv1 = RT1 и pv2 = RT2, то l = R(T2 – T1).
Количество теплоты при cp = const определяется по формуле: q = cp(T2 – T1).
Изменение энтропии будет равно: s2 – s1= Δs = cpln(T2/T1).
10. Изобразить график и охарактеризовать изохорный процесс Изохорный процесс
При изохорном процессе выполняется условие v = const.
Из уравнения состояния идеального газа (pv = RT) следует: p/T = R/v = const,
т. е. давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре: p2/p1 = T2/T1.
Работа расширения в изохорном процессе равна нулю (l = 0), так как объем рабочего тела не меняется (Δv = const).
Количество теплоты, подведенной к рабочему телу в процессе 1-2 при cv = const определяется по формуле: q= cv(T2 — T1).
Т. к.l = 0, то на основании первого закона термодинамики Δu = q, а значит изменение внутренней энергии можно определить по формуле: Δu = cv(T2 — T1).
Изменение энтропии в изохорном процессе определяется по формуле: s2 – s1= Δs = cvln(p2/p1) = cvln(T2/T1).
11. Изобразить график и охарактеризовать изотермический процесс Изотермический процесс
При изотермическом процессе температура рабочего тела остается постоянной T = const, следовательно: pv = RT = const или p2/p1 = v1/v2,
т. е. давление и объем обратно пропорциональны друг другу, так что при изотермическом сжатии давление газа возрастает, а при расширении – снижается.
Работа процесса будет равна: l = RTln (v2 – v1) = RTln (p1 – p2).
Так как температура остается неизменной, то и внутренняя энергия идеального газа в изотермическом процессе остается постоянной (Δu = 0) и вся подводимая к рабочему телу теплота полностью превращается в работу расширения: q = l.
При изотермическом сжатии от рабочего тела отводится теплота в количестве, равном затраченной на сжатие работе.
Изменение энтропии равно: s2 – s1= Δs = Rln(p1/p2) = Rln(v2/v1).
12. Изобразить график и охарактеризовать адиабатный процесс Адиабатный процесс
Адиабатным называется процесс изменения состояния газа, который происзодит без теплообмена с окружающей средой. Так как dq = 0, то уравнение первого закона термодинамики для адиабатного процесса будет иметь вид: du + pdv = 0 или Δu+ l = 0, следовательно Δu= -l.
В адиабатном процессе работа расширения совершается только за счет расходования внутренней энергии газа, а при сжатии, происходящем за счет действия внешних сил, вся совершаемая ими работа идет на увеличение внутренней энергии газа.
Обозначим теплоемкость в адиабатном процессе через cад, и условие dq = 0 выразим следующим образом: dq = cадdT = 0.
Это условие говорит о том, что теплоемкость в адиабатном процессе равна нулю (cад = 0).
Известно, что сp/cv = k и уравнение кривой адиабатного процесса (адиабаты) в p, v-диаграмме имеет вид: pvk = const. В этом выражении k носит название показателя адиабаты (так же ее называют коэффициентом Пуассона). Значения показателя адиабаты k для некоторых газов: Из предыдущих формул следует: l= — Δu = cv(T1 – T2); i1 – i2= cp(T1 – T2). Техническая работа адиабатного процесса (lтехн) равна разности энтальпий начала и конца процесса (i1 – i2).
Адиабатный процесс, происходящий без внутреннего трения в рабочем теле, называется изоэнтропийным. В T, s-диаграмме он изображается вертикальной линией.
Обычно реальные адиабатные процессы протекают при наличии внутреннего трения в рабочем теле, в результате чего всегда выделяется теплота, которая сообщается самому рабочему телу. В таком случае ds > 0, и процесс называется реальным адиабатным процессом.