1.5 Термодинамические процессы газов

Изменение состояния рабочего тела, при котором параметры состояния (все или некоторые) изменяются, а масса рабочего тела, совершающего процесс, остается неизменной, называется термодинамическим процессом. Для упрощения расчетов в термодинамике используют понятие обратимого процесса.

Обратимым называют процесс, после совершения которого в прямом и затем обратном направлениях вся система тел, принимавших участие в процессе, возвращается в свое первоначальное состояние. Все обратимые процессы равновесны. В реальных системах процессы протекают неравновесно, так как температура и давление не успевают выравниваться по всей массе рабочего тела.

В термодинамике изучают следующие группы процессов: изохорные, протекающие при постоянном удельном объеме; изобарные, протекающие при постоянном давлении; изотермические, протекающие при постоянной температуре; адиабатные, протекающие без подвода и отвода теплоты; политропные, в которых могут одновременно изменяться все параметры рабочего тела и, кроме того, происходит подвод и отвод теплоты.

В изохорном процессе идеальных газов при v = const соотношение между параметрами имеет вид ;

- удельная работа изменения объема, Дж/кг, равна нулю: l⁰_1,2 = 0;

- удельная работа изменения давления, Дж/кг, равна: l_1,2 = v(p₁ - p₂);

- удельная теплота процесса, Дж/кг, равна: q_1,2 = u₂ - u₁ = (T₂ - T₁);

- изменение энтропии в изохорном процессе: S = (T₂/T₁).

В изобарном процессе идеальных газов при p = const соотношение между параметрами состояния имеет вид v₂/ v₁ = T₂/T₁;

- удельная работа изменения объема: l_1,2 = R(T₂ - T₁);

- удельная работа изменения давления равна нулю: l⁰_1,2 = 0;

- удельная теплота процесса равна: q_1,2 = h₂ - h₁ = (T₂ - T₁),

где h₁, h₂  удельная энтальпия начального и конечного состояния, Дж/кг.

- изменение энтропии в изобарном процессе: S = ln(T₂/T₁).

В изотермическом процессе идеальных газов при T = const соотношение между параметрами состояния имеет вид: v₂/ v₁ = p₁/p₂;

- удельная работа изменения объема равна: l_1,2 = p₁v₁ln(v₂/v₁); l_1,2 = = RT ln(p₁/p₂);

- удельная работа изменения давления равна удельной работе изменения объема: l⁰_1,2 = l_1,2;

- удельная теплота изотермического процесса равна удельной работе: q_1,2 = l_1,2;

- изменение энтропии в изотермическом процессе: S = R ln(v₂/v₁); S = R ln(p₁/p₂).

В адиабатном процессе идеальных газов при pv^k = const (q = 0) соотношения между параметрами имеют вид:

p₂/p₁ = (v₁/v₂)^k; T₂ /T₁ = (v₁/v₂)^k-1; T₂ /T₁ = (p₂/p₁)^(k-1)/k,

где k  показатель политропы, k = c_p/c_v;

- удельная работа изменения объема записывается в виде:

l_1,2 = R/(k - 1)(T₁ - T₂); l_1,2 = p₁v₁/(k - 1)(1 - p₂/p₁)^(k-1)/k;

l_1,2 = p₁v₁/(k - 1)(1 - v₁/v₂)^(k-1); l_1,2 = RT/(k - 1)(1 - (T₂/T₁));

- удельная работа изменения давления в адиабатном процессе: l⁰_1,2 = k l_1,2;

- удельная теплота адиабатного процесса равна нулю: q_1,2= 0.

В политропном процессе идеальных газов при pvⁿ = const соотношения между параметрами имеют ту же форму, что и в адиабатном процессе, но вместо показателя адиабаты k записывается показатель политропы n. То же справедливо и для удельной работы изменения объема и изменения давления.

Удельная теплота политропного процесса равна:

q_1,2 = c_v(n - k)/(n - 1)(T₂ - T₁);

- изменение удельной энтальпии политропного процесса:

h = h₂ - h₁ = c_p(T₂ - T₁);

- изменение удельной энтропии политропного процесса:

S = S₂ - S₁ = c_vln(T₂/T₁) = Rln(v₂/v₁).

Литература: [3  6].