Процессы в термодинамике

Равновесным процессом называется процесс, представляющий собой непрерывную последовательность равновесных состояний. В таком процессе физические параметры изменяются бесконечно медленно, так что система всё время находится в равновесном состоянии.

Неравновесным процессом называется процесс, представляющий собой последовательность состояний, среди которых не все являются равновесными.

Неравновесные процессы термодинамика не рассматривает в них нельзя пользоваться понятиями температура и давление всей системы, т.к. в разных точках они будут разными.

Квазистатическим процессом называется процесс, который протекает настолько медленно, что в каждый момент времени успевает установиться равновесное состояние. В ходе квазистатического процесса система и окружающая среда в каждый момент времени находятся в квазиравновесных состояниях.

Для того, чтобы процесс был квазистатическим, необходимо, чтобы потенциалы взаимодействия в окружающей среде и системе отличались незначительно.

Пример: Вертикальный цилиндр с поршнем, на который написан песок. Если песок убирать очень медленно по одной песчинке, то можно считать, что в системе происходит квазистатический процесс.

В исследовании термодинамических процессов широкое применение нашла двухосная система координат PV. Впервые метод изображения процессов в координатах PV предложил Клапейрон в 1834 г. По оси абсцисс откладывается объём (или удельный объём), а по оси ординат – давление. Равновесное состояние термодинамической системы в PV -диаграмме обозначается точкой. Квазистатический процесс – линией. Площадь под кривой равна работе совершённой газом (). Работа – положительна, если объём газа увеличивается и отрицательна, если – уменьшается.

Мы обычно будем рассматривать квазистатические процессы. Примеры термодинамических процессов.

1) Изохорический процесс (изос – равный, chora – пространство) – процесс, происходящий при постоянном объёме. В этом случае работа равно нулю и, а. В случае идеального газа и внутренняя энергия не зависит от объёма, и. Теплоёмкость идеального газа в большом интервале температуры, как показывает опыт, можно считать постоянной, тогда – калорическое уравнение идеального газа. Как показывает опыт, внутреннюю энергию идеального газа можно выразить через число степеней свободы молекулы. Числом степеней свободы называется минимальное число независимых переменных, с помощью которых можно полностью описать положение системы в пространстве, или. Для одноатомных газов i = 3, для двухатомных – i = 5, для трёхатомных – i = 6. R = 8,31 Дж/(моль К) – универсальная газовая постоянная.

2) Изобарный процесс (барос – тяжесть) – процесс, происходящий при постоянном давлении. В этом случае, или. В случае идеального газа и. Это уравнение Майера. Поскольку для идеального газа. Из него виден физический смысл универсальной газовой постоянной: Универсальная газовая постоянная численно равна работе, совершённой одним молем идеального газа при изобарическом нагревании его на один кельвин. В отличие от идеального газа для реальных газов разность молярных теплоёмкостей больше универсальной газовой постоянной, так как наряду с внешней работой совершается работа, которая связана с изменением внутренней потенциальной энергии. В случае идеального газа.

3) Изотермический процесс – процесс, происходящий при постоянной температуре. PV = Const. В случае идеального газа приращение внутренней энергии идеального газа равно нулю, поэтому. И.

4) Политропический процесс – (много-превращений – многообразный) процесс, протекающий при постоянной теплоёмкости. То есть. Или. Это уравнение политропы в дифференциальной форме – показатель политропы, что бы получить уравнение политропы в интегральной форме необходимо знать термическое уравнение состояния. Для идеального газа с учётом уравнения Менделеева-Клапейрона, так как это уравнение зависит только от T и P, то, и интегральное уравнение политропического процесса имеет следующий вид: PVⁿ = Const. Найдем работу. Пусть P = aV^–n, тогда.

5) Адиабатный процесс (непереходимый) – квазистатический процесс, происходящий при отсутствии теплообмена с окружающей средой. В случае адиабатного процесса C = 0,, где – показатель адиабаты. Уравнение адиабатного процесса для идеального газа имеет вид PV^γ = Const. В случае адиабатного процесса работа равна.

Изохорный, изотермический, изобарный и адиабатный процессы являются частными случаями политропического процесса. В случае изотермического процесса n = 1, изохорного n = ± ∞, изобарного n = 0, адиабатного n = γ. Полезные формулы для идеального газа. Смотрите графики политропических процессов.

Лекция 5 II начало термодинамики

II начало термодинамики было открыто Николой Леонардом Сади Карно[xiii], Клапейроном и Клаузиусом[xiv].

Дата добавления: 2014-01-04