Политропные процессы

Политропными называются процессы, в которых изменяются все параметры состояния и имеет место теплообмен системы с внешней средой. Все эти процессы могут быть описаны общим уравнением вида:

, (25)

где n – показатель политропы, который может принимать любое значение в пределах от - до +, но для данного процесса остается постоянной величиной – индивидуальной характеристикой процесса.

Для политропных процессов характерны следующие соотношения между параметрами состояния:

(26)

Работа изменения объёма:

. (27)

Количество подведенной (отведенной) в процессе теплоты:

, (28)

где – теплоемкость идеального газа в политропном процессе. При постоянныхc_v, k, n теплоемкость с_n = const, поэтому политропные процессы ещё называют процессами при постоянной теплоемкости.

Изменение энтропии

. (29)

Все ранее рассмотренные термодинамические процессы по отношению к политропному являются его частными случаями и могут быть описаны уравнением политропы при характерных для этих процессов значениях показателя политропы n, представленных в таблице 1.

Таблица 1

Процесс	Значение n	Теплоемкость
Изохорный		Cv
Изобарный	0	Cp
Изотермический	1	
Адиабатный	k	0

На рис. 5 представлена диаграмма политропных процессов.

Рис. 5. Диаграмма политропных процессов

Все процессы начинаются в одной точке («в центре»). Изохора (n = ) делит все поле диаграммы на две области: процессы, находящиеся правее изохоры, характеризуются положительной работой, т.к. сопровождаются расширением рабочего тела. Для процессов, расположенных левее изохоры, характерна отрицательная работа.

Процессы, расположенные правее и выше адиабаты, идут с подводом теплоты к рабочему телу. Процессы, лежащие левее и ниже адиабаты, протекают с отводом теплоты.

Для процессов, расположенных над изотермой(n = 1), характерно увеличение внутренней энергии газа. Процессы, расположенные под изотермой, сопровождаются уменьшением внутренней энергии.

Процессы, расположенные между адиабатой и изотермой, имеют отрицательную теплоемкость, т.к. dq и du (а значит, и dT) имеют в этой области противоположные знаки. В таких процессах работа расширения больше, чем количество подводимой теплоты (l  q), и поэтому, чтобы выполнялся 1-й закон термодинамики, на её совершение затрачивается часть внутренней энергии системы. В случае сжатия газа в этих процессах работа сжатия больше, чем количество отводимой от системы теплоты, а значит, чтобы выполнялся 1-й закон термодинамики, избыточная часть энергии в форме работы затрачивается на увеличение внутренней энергии системы, следовательно, температура системы возрастает.

2. Описание лабораторного стенда

Схема лабораторного стенда представлена на рис. 6.

В качестве термодинамической системы принимается плотно закрытая стеклянная колба 1 с постоянным количеством воздуха (V = const), соединенная с U-образным водяным манометром 3. Колба помещена в емкость с водой 7, устанавливаемую на электрическую плитку 4. Температура воздуха в колбе в каждый момент времени измеряется жидкостным стеклянным термометром 2. Измерения должны выполняться при «квазистационарных» температурных режимах, т.е. при минимальном темпе нагрева воздуха в колбе, задаваемом с помощью регулятора напряжения 5. Для измерения мощности в цепь включен ваттметр 6.

Рис. 6. Схема лабораторного стенда: 1 – колба; 2 – термометр;

3 – U-образный манометр; 4 – электроплитка; 5 – регулятор напряжения;

6 – ваттметр; 7 – емкость с водрй