6. Адіабатний процес.

Адіабатним процесом називають термодинамічний процес, що протікає без теплообміну із зовнішнім середовищем, тобто:

.

Оскільки ,

–І начало термодинаміки

Для адіабатного процесу,

тобто при адіабатному процесі газ виконує роботу за рахунок внутрішньої енергії.

При адіабатному процесі параметрами ,імають такий зв’язок:

–рівняння Пуассона (рівняння адіабати),

де –показник політропи.

Термодинамічна діаграма адіабатного процесу називається адіабатою (рис.). Графік адіабати завжди змінюється швидше, ніж графік ізотерми, тобто гіпербола адіабати має більш крутий нахил, ніж ізотерма.

7. Теплоємність газів.

Теплоємністю називають скалярну фізичну величину, чисельно рівну кількості теплоти, що необхідно передати речовині для збільшення її температури на 1К:

, .

Питома теплоємність – це скалярна фізична величина, чисельно рівна кількості теплоти, що необхідно передати 1 кг речовини для збільшення її температури на 1К:

, .

Молярна теплоємність – скалярна фізична величина, чисельно рівна кількості теплоти, що необхідно передати 1 молю речовини для збільшення її температури на 1К:

, .

Розрізняють два види молярної теплоємності:

• –молярна теплоємність при сталому об’ємі – ;

• –молярна теплоємність при сталому тиску – .

Лекція 4. Друге начало термодинаміки

1. Термодинамічні цикли, робочі цикли теплових та холодильних машин.

2. Цикл Карно.

3. Оборотні та необоротні процеси.

4. Ентропія. Друге начало термодинаміки та його статистичне розуміння. *Теорема Нернста.

1. Термодинамічні цикли, робочі цикли теплових та холодильних машин.

Термодинамічним циклом(коловим процесом) називають процес, при якому система, про­йшовши через ряд станів, повертається у вихідний стан.

На діаграмі pV цикл, який виконує ідеальний газ, зображають замкненою кривою, де ділянка 1 – 2 відповідає розширенню газу, а 2 – 1 – стиску газу.

Тіло, що здійснює коловий процес і обмінюється енергією з іншими тілами, називається робочим тілом. Зазвичай таким тілом є газ.

Робота розширення А_1-2, яка визначається площею фігури , додатна –А_1-2>0, оскільки .

Робота стискання А_2-1, що визначається площею фігури , від’ємна –А_2-1<0, оскільки .

Робота, що виконується газом за цикл

,

визначається площею фігури, обмеженою кривою .

Цикл, упродовж якого виконується додатна робота (цикл здійснюється за годинниковою стрілкою), називають прямим.

При прямому циклі робочому тілу, надається кількість теплоти і тіло виконує роботу розширення. Внутрішня енергія змінюється на величину, деі– внутрішня енергія тіла в станіі, відповідно. Потім тіло стискається, над ним виконується робота, яка менша, ніж, і від нього забирається кількість теплоти, яка менша. Внутрішня енергія змінюється на величину. Робота стискування виконується за рахунок використання частини роботи, виконаної при розширенні робочого тіла, наприклад, за рахунок кінетичної енергії маховика, що почав обертатись при розширенні робочого тіла. За першим законом термодинаміки для процесу розширення, для процесу стискання:.

Якщо ці рівняння додати, то отримаємо .

Після закінчення циклу тіло повертається у свій початковий стан, внутрішня енергія тіла не змінюється. Тому робота циклу може виконуватись лише за рахунок зовнішніх джерел, що підводять до тіла теплоту.

Прямий цикл використовують у тепловому двигуні, в якому робоче тіло отримує енергію у формі теплоти від зов­нішніх джерел і частину її віддає у формі роботи. Тепловий двигун складається з трьох частин: нагрівник, робоче тіло, холодильник (див. рис.). Від термостата з вищою температурою , який називають нагрівником, за цикл відбирається кількість теплоти, а термостату з нижчою температурою, який називають холодильником, за цикл передається кількість теплоти. При цьому виконується робота

.

Коефіцієнт корисної дії теплового двигуна дорівнює відношенню роботи А, виконаної тілом за робочий цикл, до кількості теплоти , яку отримало тіло від нагрівника:

.

Температура газу при його стискуванні має бути нижча, ніж при розширенні. Тоді тиск газу у всіх проміжних станах при стисканні буде менший, ніж при розширенні, і буде виконуватися умова , необхідна для виконання двигуном корисної роботи.

Цикл, упродовж якого виконуєтьсявід’ємна робота (цикл здійснюється проти годинникової стрілки), називають зворотним:

.

Зворотний цикл використовують ухолодильних машинах – періодично діючих ус­тановках, в яких за рахунок роботи зовнішніх сил теплота переноситься до тіла з вищою температурою (див. рис.).

Така машина забирає за цикл від тіла з температурою кількість теплотиі віддає тілу при температурикількість теплоти. Над машиною за цикл має бути виконана роботаА. Кількість відданої теплоти дорівнює сумі отриманої кількості теплотиі роботи, яку виконали зовнішні сили:

.

Таким чином, тіло з меншою температурою, від якого забирається певна кількість теплоти, охолоджується, а тіло з вищою температурою, якому віддається теплота, нагрівається.

Ефективність холодильної машини характеризується її холодильним коефіцієнтом, який дорівнює відношенню віднятої кількості теплоти до роботи, яка затрачається на приведення машини в роботу:

.

Робочим тілом в холодильній маши­ні слугують пари рідин, які легко киплять: аміак, фреон і ін. Енергія підводиться до машини від електричної мережі. За рахунок цієї енергії відбувається перехід теплоти від холодильної камери до більш нагрітого тіла – до навколишнього середовища.