Теплоемкость идеального газа в изопроцессах

[править]Адиабатический

В адиабатическом процессе теплообмена с окружающей средой не происходит, то есть . Однако, объём, давление и температура меняются, то есть .

Следовательно, теплоемкость идеального газа в адиабатическом процессе равна нулю: .

[править]Изотермический

В изотермическом процессе постоянна температура, то есть . При изменении объема газу передается (или отбирается) некоторое количество тепла. Следовательно, теплоемкость идеального газа стремится к бесконечности: 

[править]Изохорный

В изохорном процессе постоянен объем, то есть . Элементарная работа газа равна произведению изменения объема на давление, при котором происходит изменение (). Первое Начало Термодинамики для изохорного процесса имеет вид:

А для идеального газа

Таким образом,

где — число степеней свободы частиц газа.

[править]Изобарный

В изобарном процессе ():

C_P=δQ/νΔT=C_V+R=((i+2)/2)*R

БИЛЕТ 36

Работу можно преобразовать в тепловую энергию, а тепловую энергию можно преобразовать в работу, хотя эти процессы никогда не эффективны на 100%.

Работу можно использовать для увеличения тепловой энергии. Аналогично, тепловую энергию можно использовать для выполнения работы. В предыдущем разделе показано, что внутреннюю кинетическую энергию (скорость молекул) и внутреннююпотенциальную энергию (степень разделения молекул) вещества можно изменить передачей энергии. Когда компрессор исполняет работу над паром хладагента в цилиндре в процессе сжатия, колебания его молекул увеличиваются, повышая его температуру. Также теплота, которую передают в камеру сгорания двигателя, вызывает расширение смеси воздуха и топлива в цилиндре, перемещение поршня и выполнение работы. Следовательно, теплота и работа взаимозаменяемы.

Пусть тепловая машина состоит из нагревателя с температурой , холодильника с температурой и рабочего тела.

Цикл Карно состоит из четырёх стадий:

1. Изотермическое расширение (на рисунке — процесс A→Б). В начале процесса рабочее тело имеет температуру , то есть температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему количество теплоты . При этом объём рабочего тела увеличивается.

2. Адиабатическое (изоэнтропическое) расширение (на рисунке — процесс Б→В). Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура уменьшается до температуры холодильника.

3. Изотермическое сжатие (на рисунке — процесс В→Г). Рабочее тело, имеющее к тому времени температуру , приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься, отдавая холодильнику количество теплоты .

4. Адиабатическое (изоэнтропическое) сжатие (на рисунке — процесс Г→А). Рабочее тело отсоединяется от холодильника и сжимается без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя.

При изотермических процессах температура остаётся постоянной, при адиабатических отсутствует теплообмен, а значит, сохраняется энтропия:

 при .

Поэтому цикл Карно удобно представить в координатах T и S (температура и энтропия).