Визначення основних характеристик термодинамічних процесів

№ з/ п	Назва процесу	Рівняння процесу	Кількість теплоти q,		Робота l,	Примітки
1	2	4	5		6	7
1	Ізохорний υ= сonst n=∞	υ= сonst	Сmυ(ТК – ТП)		0	Сmυ, ТП, ТК, (ºК)
2	Ізобарний Р= соnst n=0	Р=сonst	Сmр(ТК – ТП)		Р(υК – υП)	Сmр, Т (ºК)
			iК − iп		R(ТК – ТП)
3	Ізотерміч-ний Т= сonst n=1	Т= сonst	q=l	ΔU=0	RТ·ln(υК/υП)	R υ Р (Па)
			Т(SК – SП)		РПυП·ln(РП/РК)
4	Адіабат-ний dq=0 dS=0 n=k Pυk=const		0		іК –іП	SП = SК Р (Па) Т (ºК) υ R
5	Політроп-ний Сυ =с onst Pυn=const -∞<n<∞		Сmυ × ×(ТК – ТП)			Р (Па) Т (ºК) υ R

Визначення незалежних від виду процесу величин зміни ентропії ΔS = S_К – S_П, ентальпії Δі = і_К – і_П та внутрішньої енергії ΔU = U_к – U_п виконується за формулами відповідно (25), (28), (20), (14).

Аналіз характеристик для різних термодинамічних процесів дає можливість зробити такі висновки:

• в ізохорному процесі робота не виконується, а вся відведена теплота витрачається на зміну внутрішньої енергії

q = ΔU = С_mυ(Т_к – Т_п);

• збільшення тиску робочого тіла при υ= сonst приводить до пропорційного підвищення температури РТ;

• теплота, що підводиться до робочого тіла в ізобарному процесі, приводить до збільшення ентальпії і витрачається як на зміну внутрішньої енергії, так і на здійснення роботи

q = і_к – і_п = С_mр(Т_к – Т_п)= l + ΔU;

• внутрішня енергія та ентальпія при ізотермічному процесі не змінюються. Теплота, підведена до робочого тіла, витрачається тільки на виконання роботи. Ізотермічний процес є одним із найефективніших

ΔТ = 0; ΔU = 0; Δі = 0; q = l;

• в адіабатному (ізоентропійному) процесі робота виконується в результаті зміни внутрішньої енергії РТ. Зовнішній теплообмін у процесі відсутній

– ΔU = l; dq =0;

• у політропному процесі зміна стану ідеального газу здійснюється при постійному значенні теплоємності, незмінним залишається також розподіл теплоти між роботою і внутрішньою енергією.

Політропи, рівнянням яких є Pυⁿ = const, у координатах Р-υ і T-S зображаються кривими, характер котрих залежить від показника політропи n. На рис. 2 видно, що при вказаних значеннях k > n > 1 підведення теплоти до робочого тіла супроводжується зменшенням його температури. У зв’язку з цим теплоємність у таких процесах буде мати від’ємне значення. В той же час для політропних процесів з k < n < 1 знаки приростання температури ΔТ і кількості теплоти q збігаються, а теплоємність додатна. Збільшення температури відбувається також при підведенні теплоти в ізохорному й ізобарному процесах (див. процеси при n = ∞ і n = 0 на рис.2).

При n = k (адіабатний процес) температура РТ змінюється найбільш інтенсивно – графік адіабатного процесу виглядає як пряма лінія, що проходить паралельно координаті температури. І це відбувається взагалі без підведення теплоти й без теплообміну.

Зміна внутрішньої енергії незалежно від виду процесу адекватна зміні температури. При ΔТ > 0, ΔU > 0, а при ΔТ < 0 , ΔU < 0.

Робота ж із розширення РТ залежить від виду термодинамічного процесу і показника політропи n. Найбільшу частку на одиницю підведеної теплоти перетворити в роботу можна в ізобаричному процесі при n =1. При збільшенні показника політропи до 1 < n < k і далі до +  n > k робота розширення стає меншою та при n =∞ (ізохорний процес) робота стає рівною нулю.

Отже, вид термодинамічних процесів, за якими здійснюється зміна параметрів РТ у реальних технічних пристроях і теплових двигунах, має значний вплив на ефективність їх роботи, у тому числі на величину ККД, витрати палива і можливість досягнення потрібних параметрів роботи.