Адиабатный процесс(уч.10кл.Стр.272-274)
Термодинамический процесс в термоизолированной системе
Понятие термоизолированной системы
Определение адиабатного процесса
Первый закон термодинамики для адиабатного процесса
Изменение температуры газа при адиабатном процессе
График адиабатного расширения. Показатель адиабаты
Использование адиабатных процессов в технике на примере дизеля
Для наиболее эффективного преобразования внутренней энергии газа в работу следует предотвратить потери внутренней энергии от теплопередачи окружающим телам.
Систему следует теплоизолировать
Теплоизолированная система – система не обменивающаяся энергией с окружающими телами
Q = 0.
Адиабатный процесс – термодинамический процесс в термоизолированной системе.
Изменение внутренней энергии при адиабатном процессе происходит только за счет совершении работы:
∆U = A
Первый закон термодинамики для адиабатного процесса принимает вид:
∆U + A = 0 или А = -∆U
При адиабатном расширении A > 0 , следовательно
∆U = R∆T < 0
i - число степеней свободы молекул газа
Это означает, что ∆Т<0, т.е. температура газа уменьшается по сравнению с первоначальной.
Близким к адиабатному может считаться процесс быстрого расширения или сжатия газа. При этом процессе работа совершается за счет изменения внутренней энергии, т.е. –A = ΔU, поэтому при адиабатном процессе температура понижается.
Понижение температуры газа при адиабатном расширении приводит к тому, что его давление уменьшается более резко, чем при изотермическом процессе.
Так как работа внешних сил при сжатии положительна, внутренняя энергия газа при адиабатном сжатии увеличивается, а его температура повышается.
При адиабатном расширении газ совершает работу за счет уменьшения своей внутренней энергии, поэтому температура газа при адиабатном расширении понижается.
Площадь под адиабатой численно равна работе, совершаемой газом при его адиабатном расширении от V1 до V2.
Поскольку при адиабатном сжатии газа температура газа повышается, то давление газа с уменьшением объема растет быстрее, чем при изотермическом процессе.
Примеры адиабатного процесса – воспламенение тряпочки с эфиром при адиабатном сжатии в колбе. Дизельный двигатель. Конденсация пара, как результат уменьшения температуры при адиабатном расширении.
Показатель адиабаты ДОПОЛНИТЬ
Уравнение состояния имеет вид:
PVγ = const.,
где γ = CP /CV – показатель адиабаты.
Теплоемкость газа зависит от условий его нагревания.
Если газ нагреть при постоянном давлении P, то его теплоемкость обозначается CP.
Если - при постоянном V, то обозначается СV.
УТОЧНИТЬ
Необратимость тепловых процессов второй закон термодинамики и его статистическое истолкование (уч.10кл.Стр.281-283)
Направленность тепловых процессов
Понятие обратимого и необратимого процессов
Понятие самопроизвольного процесса
Формулировка второго закона термодинамики как закона необратимости тепловых процессов в природе
Необратимый процесс на примере диффузии. Определение диффузии
Статистическое истолкование второго закона термодинамики
Первый закон термодинамики не определяет направление тепловых процессов.
Часто процессы, допустимые с точки зрения закона сохранения энергии, не могут быть реализованы в действительности.
Обратимый процесс – процесс, который может происходить как в прямом , так и в обратном направлении.
Если процесс протекает в одном направлении, а затем в обратном, и система возвращается в первоначальное состояние, то никаких изменений не происходит.
Обратимый процесс – это идеализация реального процесса.
Самопроизвольный процесс – процесс, происходящий без воздействия внешних сил.
Необратимый процесс – процесс, обратный которому самопроизвольно не происходит.
Необратимость характерна лишь для макроскопических систем.
Например: процесс теплообмена.
Второй закон термодинамики указывает направление возможных энергетических превращений и тем самым выражает необратимость процессов в природе.
Этот закон был установлен путем непосредственного обобщения опытных фактов.
Второй закон термодинамики
В циклически действующем тепловом двигателе невозможно преобразовать все количество теплоты, получено от нагревателя, в механическую работу.
Важность этого закона состоит в том, что из него можно вывести заключение о необратимости не только процесса теплопередачи, но и других процессов в природе.
Второй закон термодинамики отражает необратимость тепловых процессов в природе.
Например, для сжатия газа, которое не может происходить самопроизвольно, требуется внешняя сила и охлаждение газа.
Необратимым процессом является диффузия.
Диффузия – физическое явление, при котором происходит самопроизвольное взаимное проникновение частиц одного вещества в другое при их контакте.
Второй закон термодинамики, определяя направление перехода между макро состояниями
большого числа частиц, входящих в состав изолированной системы, является статистическим законом.
Статистическое истолкование второго закона термодинамики
Изолированная система самопроизвольно переходит из менее вероятного в более вероятное состояние.
Замкнутая система многих частиц самопроизвольно переходит из более упорядоченного состояния в менее упорядоченное.
Это объясняется тем, что число микросостояний, соответствующих менее упорядоченному состоянию системы, всегда во много раз превышает число микросостояний, соответствующих упорядоченному состоянию.
Так при диффузии газы смешиваются равномерно распределяясь по объему.