Работа газа. Круговой процесс. Кпд кругового процесса Работа газа при изменении объема

При изобарном процессе газ с силой F двигает поршень на расстояние (рисунок 17). Тогда работа, совершаемая газом: ,

где – изменение объема, - площадь сечения цилиндра.

Рисунок 17. Работа газа при давлении=

Работа расширения газа при изобарном процессе равна произведению давления газа на изменение его объема. Эта работа положительна при расширении газа, поскольку сила давления и перемещение поршня направлены одинаково. Если же газ сжимается, то работа силы, с которой газ действует на поршень, отрицательна.

Работа газа численно равна площади заштрихованного прямоугольника, изображенного на графике (рисунок 17).

При изобарном процессе . Применяя уравнение Клапейрона - Менделеева для каждого из состояний идеального газа при Т и Т, можно записать, что работа газа: , где - количество молей газа.

Выражение для внутренней энергии одноатомного идеального газа: , тогда: . Количество подведенного тепла:

+ =

- молярная теплоемкость одноатомного газа при постоянном давлении.

- молярная теплоемкость одноатомного газа при постоянном объеме.

При любом числе атомов в молекуле: , а , где – число степеней свободы молекулы. - коэффициент Пуассона

Работа, совершаемая газом в адиабатном процессе: = С_VТ, или

Работа газа при адиабатном расширении меньше, чем при изотермическом расширении, т.к. при адиабатном процессе происходит охлаждение газа.

Е

Рисунок 18. Работа газа при изменяющемся давлении.

Положительная (а) и отрицательная (б) работа газа.

сли процесс не изобарный, то можно взять малые изменения объема , на которых процесс можно считать изобарным. Сумма элементарных работ дает полную работу расширяющегося газа (рисунок 18).

Процессы изменения состояния газа, в результате которых газ возвращается в исходное состояние, называются круговыми или циклическими (рисунок 19).

Н

Рисунок 19. Круговой или циклический процесс

а диаграмме цикл изображается замкнутой кривой ВСДЕВ. Цикл можно разбить на процесс расширения газа ВСД и процесс сжатия газа ДЕВ. Работа расширения - положительная, а работа сжатия - отрицательная. Следовательно, работа, совершаемая газом за цикл, определяется площадью, охватываемой замкнутой кривой ВСДЕВ.

Если за цикл совершается положительная работа А  0 (цикл протекает по часовой стрелке), то цикл называется прямым. Если за цикл совершается отрицательная работа А  0 (цикл протекает против часовой стрелки), то цикл называется обратным.

Прямой цикл используется в тепловых двигателях, совершающих работу за счет получения теплоты извне. Обратный цикл используется в холодильных машинах, в которых за счет работы внешних сил теплота переносится к телу с более высокой температурой. Термодинамический процесс называется обратимым, если он может происходить как в прямом, так и в обратном направлении.

В результате кругового процесса система возвращается в исходное состояние и полное изменение внутренней энергии газа равно нулю.

Поэтому первое начало термодинамики для кругового процесса:

, т.е. работа, совершаемая за цикл, равна количеству полученной извне теплоты. Этим соотношением запрещается вечный двигатель первого рода.

Термодинамический КПД для кругового процесса: , где

- количество теплоты, полученное системой;

- количество теплоты, отданное системой.