Изопроцессы. Основы термодинамики

При любых взаимодействиях тел энергия не исчезает бесследно и не возникает из ничего. Энергия только передается от одного тела к другому или превращается из одной формы в другую - ЗСЭ
Способ передачи энергии, связанный с изменением внешних макропараметров системы, наз. работой
Затрачиваемая работа (A) может пойти на ↑ любого вида энергии; кол-во теплоты (Q) может пойти только на ↑внутренней энергии системы
Без изменения внешних макропараметров, но с изменением внутренней энергии наз-ся теплообменом.

Q
1
2
3
A
Внутр. энергия каждого из трёх тел изменится. В изолированной термодинамической системе, в которую входят все три тела, внутренняя энергия остаётся неизменной
При теплопередаче количества теплоты Q внутр. энергия тела 2 из-ся на ΔU2= - Q
Внутр. энергия тела 3 в результате совершения работы изменится на ΔU3 = - A

Первое начало термодинамики – кол-во теплоты Q, сообщенной телу (системе) расходуется на изменение его внутренней энергии и на совершение работы этим телом (системой)
Один из главных выводов – невозможность построения вечного двигателя
устройство, способное совершать неограниченное кол-во работы без затрат топлива или других материалов

Поршень S на расстояние dx
F = PS
Работа, совершаемая системой при бесконечно малом изменении объема dV
If объем изменяется от V1 до V2
V2

Изопроцесс – процесс, проходящий при постоянном значении одного из основных термодинамических параметров – P, V или Т.
Изотермический процесс – пр-сс, происходящий в физ. системе при T = const
В идеальном газе при изотермическом пр-се произведение давления на объем постоянно – закон Бойля − Мариотта:
Изотерма

Внутренняя энергия газа не изменяется, поэтому все подводимое тепло идет на совершение газом работы
Чтобы при расширении газа его t° не понижалась, к газу необходимо подводить кол-во Q, равное его работе над внешними телами

Изохорический процесс – процесс, происходящий в физической системе при V = const.
- закон Шарля
При изохорическом пр-се мех. работа газом не совершается.
Процесс 1-2 – газ нагревается
Процесс 2-3 - охлаждается
изохора
Вся теплота передаваемая газу идет на ↑ его внутренней энергии

Изобарический процесс – процесс, происходящий в физической системе при P = const
- закон Гей-Люссака
Газ совершает работу равную площади под прямой
изобара
Теплота передаваемая газу также идет на изменение внутренней энергии

Адиабатный процесс – процесс, происходящий в физической системе без теплообмена с окружающей средой (Q = 0)
Уравнение Пуассона
Идеализированный случай!!
Ур-ние похоже на изотермическое
Показатель адиабаты
Работа газа над внешними телами осуществляется за счет убыли внутренней энергии

На графике адиабата идет круче чем изотерма
Давление от объема меняется быстрее для адиабатического пр-са
При адиабатическом расширении идеальный газ охлаждается, при сжатии - нагревается

Если термодинамическая сис-ма выведена из состояния равновесия и предоставлена сама себе, то она возвращается в исходное состояние - пр-сс наз-ся релаксацией.
Состояние изолированной системы, в которое она переходит по истечении достаточно большого промежутка времени, сравнимого или большего времени релаксации, яв-ся равновесным
Хар-ся небольшим числом физ. параметров сост-я: температура, объем, давление, концентрация компонентов смеси газов
Любое равновесное состояние может быть изображено точкой. Любой процесс - графически

Термод-ий процесс, совершаемый сис-мой, называется обратимым, если после него можно возвратить сис-му, и все взаимодействовавшие тела в их начальные состояния таким образом, чтобы в других телах не возникло каких-либо остаточных изменений
Если процесс не отвечает принципу обратимости, то он называется необратимым
все реальные процессы – необратимы!!!
Необходимое условие обратимости процесса – его равновесность

Совокупность термод-их проц-ов, в результате к-х система возвращается в исходное состояние, наз-ся круговым проц-ом (циклом)
Изображается замкнутой кривой
Работа совершаемая при круг. процессе = площади, охватываемой кривой
Процесс, при котором работа положительна (А>0) наз-ся прямым. А<0 –обратным
На P-V диаграмме по часовой стрелке
?

Циклически действующее устройство, превращающее теплоту в работу, называется тепловой машиной или тепловым двигателем
Q1 – тепло, получаемое РТ от нагревателя
Q2 – тепло, передаваемое РТ холодильнику
А – полезная работа (работа, совершаемая РТ при передаче тепла)
Нагреватель
Рабочее тело
(РТ)
Холодильник
Q1
Q2

В цилиндре находится газ – рабочее тело (РТ).
Начальное состояние РТ на диаграмме p(V) изображено (·) 1.
Цилиндр подключают к нагревателю, РТ нагревается и расширяется.
Работа А1 положительна, цилиндр переходит в положение 2 (состояние 2).

Процесс 1–2: –
первое начало термодинамики
Работа А1 равна площади под кривой 1a2.
Чтобы поршень цилиндра вернуть в исходное состояние 1, необходимо сжать РТ, затратив при этом работу – А2.

Для того чтобы поршень совершил полезную работу, необходимо условие: А2 < А1.
Сжатие ледует производить при охлаждении РТ, т.е. от РТ необходимо отводить к холодильнику тепло –Q2.
Процесс 2–1:
– первое начало термодинамики
Работа А2 равна площади под кривой 2b1.

Сложим два уравнения и получим:
Рабочее тело совершает круговой процесс 1a2b1 – цикл
Доля теплоты, перешедшая в работу → К.п.д.
Тепловая машина тем эффективнее, чем большую долю полученной от внешних тел теплоты она превращает в работу