9 Адіабатний процес

Адіабатний процес протікає в теплоізольованій системі, де відсутній теплообмін з навколишнім середовищем, тобто dq = 0. До адіабатних процесів відносять процеси витікання речовини, що протікають так швидко, що теплообміном можна нехтувати.

Рівняння процесу:

p^k = сonst.

Співвідношення, що є справедливими для двох станів речовини в адіабатному процесі:

р₁₁^k = р₂₂^k;

,

де k – показник адіабати, який залежить від природи газу;

Показник адіабати визначається співвідношеннями:

або ,

де с_р - середня питома масова теплоємність в процесі при р=сonst, Дж/(кг·К);

с- середня питома масова теплоємність в процесі при =сonst, Дж/(кг·К);

R – питома газова стала, Дж/(кг·К).

Робота зміни об'єму в адіабатному процесі l виконується за рахунок внутрішньої енергії:

l = -∆u = - с (T₂-T₁)=(T₁-T₂).

Теплота адіабатного (теплоізольованого) процесу дорівнює нулю

q=0.

Зміна ентропії адіабатного процесу відсутня

∆s=0.

Графіки процесів в координатах р – (тиск – питомий об'єм) і T – s (температура – ентропія) бажано будувати на міліметрівці, вибираючи зручний масштаб.

Завдання для виконання контрольної роботи

Нижче приведено п'ять завдань, які сформульовані в загальному вигляді. Чисельні значення позначених буквами величин, наприклад V₁, кожний студент повинен вибрати з таблиці початкових даних наведених в додатку Б. Принцип вибору варіантів визначає викладач. Наприклад, варіант №10а містить цифру 10, яка відповідає номеру студента в списку групи, і букву "а", яка відповідає першій букві повного імені студента.

Приклад розрахунків при виконанні контрольної роботи наведений в додатку А.

Завдання №1

Резервуар об'ємом V₁ заповнений сумішшю кисню і азоту. Об'ємна частка кисню рівна r_O2, об'ємну частку азоту r_N2 необхідно визначити. Манометровий тиск суміші – p_u, температура – t₁. Барометричний чи атмосферний тиск р_б слід прийняти самостійно.

Знайти уявну (середню) молекулярну масу суміші газів, питому газову сталуR, масу суміші М_см, густину суміші .

Завдання №2

Початковий стан суміші прийняти за завданням №1.

Знайти, яку кількість теплоти потрібно підвести до суміші газів, щоб при постійному об'ємі температура суміші збільшилася в a1 разів (t₂ = a₁t₁). Визначити кінцевий тиск суміші р₂ надмірний тиск p_u2. Знайти роботу розширення l, зміну внутрішньої енергії ∆u, зміну ентальпії ∆h, зміну ентропії ∆s. Середні теплоємності при постійному тиску і постійному об'ємі в заданому інтервалі температур можна обчислити, використовуючи довідкові дані [2] або дані додатку В.

Побудувати лінію ізохорного процесу в координатах р- і T-s.

Завдання №3

Початковий стан суміші прийняти за завданням №1. За рахунок підводу теплоти газ розширяється по ізобарі так, що температура його збільшується в а₂ разів (t₂ = a₂t₁).

Знайти роботу розширення ізобарного процесу l, підведену теплоту q, кінцевий об'єм суміші V₂, зміну внутрішньої енергії ∆u, зміну ентальпії ∆h, зміну ентропії ∆s. Середні теплоємності при постійному тиску і постійному об'ємі в заданому інтервалі температур можна обчислити, використовуючи довідкові дані [2] або дані додатки В.

Побудувати лінію ізобарного процесу в координатах р- і T-s.