Адиабатический процесс

Адиабатическим процессом называется процесс идущий без энергообмена с окружающей средой. В соответствии с первым началом термодинамики для адиабатического процесса имеем

.

Адиабатический процесс может быть реализован при наличии достаточно хорошей теплоизоляции, т.е. процесс надо реализовать таким образом, чтобы за время его протекания изменение энергии системы за счет ее контакта с внешними телами было значительно меньше самой энергии системы. Наиболее простая модель адиабатического процесса - расширение или сжатие газа, находящегося в теплоизолированном сосуде с поршнем. Расширение будет адиабатическим, если поршень достаточно медленно выдвигать из цилиндра. Настолько медленно, чтобы за время его движения такие макропараметры газа как температура и давление успели стать одинаковыми по всему объему. Практически, требование к медленности означает, что скорость движения поршня должна быть меньше скорости звука в газе, - в условиях экспериментов это может быть легко осуществлено. Условия теплоизоляции и медленности процесса в некоторой степени противоречивы, т.к. чем медленнее процесс протекает, тем больше потерь энергии из за несовершенства теплоизоляции, однако, в реальности, эта проблема достаточно легко устранима.

Применим первое начало термодинамики к адиабатическому расширению или сжатию идеального газа. Для простоты отнесем все рассуждения к одному молю. Итак, для адиабатического процесса имеем:

,

или .

Проведем некоторые преобразования. Учтем, что () и что . Получим или

.

Далее, представим последнее выражение в виде:

,

проинтегрируем его

и получим:

.

Далее, возведем полученное выражение в степень и учтем, что :

.

Окончательно имеем:

,

где .

Так как последнее выражение можно преобразовать к виду:

.

Это уравнение адиабатического процесса Пуассона.

Из полученных уравнений видно, что при адиабатическом процессе увеличение объема сопровождается уменьшением температуры и, что при одинаковом изменении давления при адиабатическом процессе объем меняется меньше, чем при изотермическом. На диаграмме (рис. 9.1) представлены изотермический и адиабатический процессы. Видно, что адиабата идет круче, чем изотерма. Это легко объяснить тем, что при адиабатическом сжатии энергия поступает в систему в большей мере, чем при изотермическом процессе, т.к. при изотермическом процессе, с целью поддержания температуры на одном уровне, необходимо часть тепла отводить из системы с помощью холодильника.

Дата добавления: 2014-01-05