3.7. Адиабатный процесс
Адиабатный процесс - термодинамический процесс, при котором система не обменивается теплотой с окружающей средой. (Q = 0)
Первое начало термодинамики для адиабатного процесса имеет вид:
U2-U1+A12=0 или A12=U1-U2. Для малых приращений: dU+pdV=0 или pdV=-dU
Работа, совершаемая термодинамической системой в адиабатном процессе происходит за счёт убыли внутренней энергии A12=U1-U2. И наоборот, работа над системой в адиабатном процессе приводит к повышению внутренней энергии. (Пример – разогрев насоса велосипеда при накачки камеры).
Можно показать (см. Савельев т. 1, 69, 1989), что при адиабатном процессе в идеальном газе выполняется соотношение:
PV = const это является уравнением адиабаты, (3.14)
где показатель степени
называется
постоянной
адиабаты (3.15)
Если на графике в координатах P,V изобразить изотерму pV = const и адиабату pV =const, где >1, то получим рисунок 3.4.
Т
ак
как
>1 , то с
ростом объема в координатах P,V
график адиабаты спадает круче чем график
изотермы (см. рис.3.4).
Рис.3.4. При увеличении V у адиабаты давление уменьшается быстрее, чем у изотермы
3.8 Обратимые и необратимые процессы. Второе начало термодинамики
Обратимым называется термодинамический процесс, совершаемый системой, если после него систему и окружающие тела можно возвратить в исходное состояние так, что в окружающей среде не останется никаких изменений. В противном случае процесс называется необратимым.
Пример необратимых процессов.
Расширение газа в свободную часть сосуда. Газ можно возвратить в первоначальное состояние, но для этого внешним телам нужно совершить над газом работу, т. е. в окружающей среде произойдут изменения.
Торможение тела за счёт трения сопровождается переходом кинетической энергии тела в нагрев тел, тепловое движение молекул. Обратный процесс разгона тела невозможен, т. к. хаотическое движение частиц среды не может самопроизвольно привести к упорядоченному движению тела.
Пример обратимых процессов: - Все квазистатические изопроцессы обратимы. Например, при плавном адиабатическом сжатии газа и последующем расширении газ и окружающие тела вернутся в исходное состояние.
Первое начало термодинамики выражает лишь закон сохранения энергии. Оно не позволяет указать направление процессов. Так 1-му началу не противоречит самопроизвольный переход тепла от холодного тела к более горячему. (Из опыта мы знаем, что это невозможно).
Направление процессов в природе указывает 2-е начало термодинамики.
Существует несколько эквивалентных формулировок 2-го начала термодинамики.
1) (Формулировка Клазиуса) Невозможен процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от холодного тела к горячему.
2) (Формулировка Томсона) Невозможен процесс, единственным результатом которого является совершение работы за счёт охлаждения одного тела. (КПД не может быть равным единице. Вечный двигатель 2-го рода невозможен).
Можно показать эквивалентность этих формулировок. (см. Савельев И.В., с. 84).