32451

Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона. Политропические процессы. Работа газа при политропических процессах. Газ Ван–дер–Ваальса

Лекция

Физика

Работа газа при политропических процессах. адиабатное расширение газа сопровождается его охлаждением. Политропическим называется процесс перехода газа из одного состояния в другое при котором теплоёмкость остаётся постоянной Сn = const. Покажем что при политропическом процессе теплоёмкость газа остаётся постоянной.

Русский

2013-09-04

311 KB

35 чел.

PAGE  1

Составил Бабичев С.А.

Лекция № 14.

Тема: Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона. Политропические процессы. Работа газа при политропических процессах.

Газ Ван–дер–Ваальса.

Адиабатическим называется процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой. Т.к. , то первый закон термодинамики для адиабатического процесса будет иметь вид: . Но , а . После подстановки получаем: . Так как , то  или  . Последнее выражение представляет собой дифференциал суммы логарифмов: , откуда следует что  . Так как , то . Используя свойства логарифмов (), получаем:

.

Выразим температуру из уравнения Менделеева–Клапейрона и подставим в последнюю формулу: ,  . Но т.к.  , то в итоге получаем:  или  . Полученное уравнение называется уравнением Пуассона. Следует отметить, что в природе в реальных условиях не существует идеально изолированных систем. Однако количество теплоты, которым обменивается система с окружающей средой будет тем меньше, чем меньше времени длится процесс. Поэтому близкими к адиабатическому являются только быстропротекающие процессы. График адиабатического процесса – адиабата. Сопоставление уравнения изотермы  с уравнением адиабаты  с учетом того, что >1, позволяет сделать вывод, что адиабата идёт круче, чем изотерма, т.е. адиабатное расширение газа сопровождается его охлаждением.

Политропическим называется процесс перехода газа из одного состояния в другое, при котором теплоёмкость остаётся постоянной (Сn = const). Уравнение зависимости давления от объема при политропическом процессе имеет вид:

,

где n – произвольное число. Т.к. , то после подстановки получаем:

или .

Полученное уравнение является уравнением политропы в системе TV. Покажем, что при политропическом процессе теплоёмкость газа остаётся постоянной. Математическая запись первого начала термодинамики имеет вид:

.

Разделим левую и правую часть на dT: . Учитывая, что  и , получаем: .

Т.к. , то производная от левой части равна нулю: , и , откуда следует:  или . Для одного моля газа . После подстановки получаем: . Подставим последнее выражение в формулу теплоёмкости: . Учитывая, что , окончательно получаем:

,

Откуда следует, что теплоёмкость вещества при политропическом процессе является величиной постоянной.

Если , то  и , получаем адиабатический процесс. При  получаем  и Т = const, т.е. изотермический процесс.

Определим работу газа при политропических процессах. Из первого начала термодинамики следует: . Для молей газа . Поэтому выражение для работы можно переписать в виде: . Полная работа равна: .

Газ Ван–дер–Ваальса.

Поведение реальных газов описывается уравнением Менделеева–Клапейрона только при невысоких давлениях и высоких температурах. При повышении давления и температуры наблюдается значительное расхождения теории и эксперимента. Причин этому две: 1) собственный размер молекул; он и уменьшает объем, доступный для движения частиц, при нормальных условиях он составляет 0,07 % объема сосуда с газом, а при 100 атм. уже 70% 2)                          сложный характер взаимодействия между молекулами. Типичная кривая зависимости энергии взаимодействия от расстояния г между их центрами приведена на рисунке.  На малых расстояниях молекулы отталкиваются, на больших – притягиваются. Эти причины можно учесть путем введения поправок в уравнение состояния идеальных газов, что и сделал Ван-дер-Ваальс. В результате уравнение состояния одного моля реального газа приняло вид:

.

Полученное уравнение называется уравнением Ван–дер–Ваальса или уравнением состояния реального газа. Здесь а и b – постоянные Ван-дер-Ваальса, для разных газов они имеют свои значения. Поправка в первой скобке  обусловлена силами притяжения между молекулами. Она имеет размерность давления, и ее иногда называют внутренним давлением. На стенку сосуда такой газ оказывает давление р. Однако, если бы силы притяжения между молекулами мгновенно исчезли, то давление на стенку стало бы р + . Т. е. при переходе от идеального газа к реальному давление на стенку уменьшается из-за сил притяжения между молекулами. Поправка b связана с собственным объемом молекул, ее размерность м3/моль.

Внутренняя энергия газа Ван–дер–Ваальса состоит из суммарной кинетической энергии молекул в Ц – системе и суммарная энергия взаимодействий молекул:

.

Для нахождения собственной потенциальной энергии воспользуемся тем, что работа сил притяжения равна убыли потенциальной энергии: . Силы притяжения характеризуются внутренним давлением р =. Тогда элементарная работа этих сил , где знак минус обусловлен тем, что при расширении газа работа  должна быть отрицательной. После подстановки получаем:

или  .

Так как работа равна убыли собственной потенциальной энергии, то можно записать:  . Суммарная кинетическая энергия зависит от поступательного и внутреннего движений молекул, и определяется как  . Таким образом, внутренняя энергия моля газа Ван–дер–Ваальса:

.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

33722. ПЛАНИРОВАНИЕ РАССЛЕДОВАНИЯ ПРЕСТУПЛЕНИЙ 13 KB
  Планирования расследование преступлений преследует следующие цели: 1 полнота всесторонность и объективность расследования; 2 экономичность расследования; 3 согласование усилий следователя с усилиями других служб органов внутренних дел и других лиц работающих по данному делу. Должны быть четко определены задачи выясняемые вопросы комплекс определенных мероприятий точные сроки исполнения исполнители; 3 реальность – обоснованность выдвигаемых следственных версий практическая выполнимость намеченных мероприятий возможность соблюдения...
33723. Планирование расследования по уголовному делу 29.5 KB
  Планирование расследования по уголовному делу Оно включает в себя следующие этапы:1 Планирование первоначальных следственных действий и розыскных мероприятий. На данном этапе расследования следователь должен: уяснить характер и сущность противоправного деяния; установить лицо его совершившее и организовать розыск преступника и похищенного имущества. Для решения этих задач следователь изучает сообщение о преступлении материалы административного расследования строит общие версии и проводит неотложные следственные и розыскные действия...
33724. Планирование отдельного следственного действия 25.5 KB
  Планирование отдельного следственного действия Следователь планирует не только очередность и сроки производства всех следственных действий по уголовному делу но и проведение каждого в отдельности следственного действия. Чтобы тактически правильно провести следственное действие и полно зафиксировать его ход и результаты следователь на этапе подготовки этого действия планирует предстоящую работу и осуществляет организационные мероприятия необходимые для реализации намеченного плана. Планируя следственное действие следователь определяет: а...
33725. Виды ТО 12.52 KB
  способы программа действий Тактические операции классифицируются по различным основаниям: 1 по характеру следственных ситуаций в условиях которых проводятся тактические операции: а проводимые в простых ситуациях; б проводимые в условиях сложной ситуации; 2 по отношению к предмету доказывания: а способствующие установлению обстоятельств входящих в предмет доказывания; б способствующие установлению вспомогательных фактов; 3 похарактеру и содержанию действий: а состоящие только из следственных действий; б состоящие из различных...
33726. Следственная ситуация 11.77 KB
  Следственная ситуация – статикодинамическое состояние процесса раскрытия преступления на определённый момент отражающий своеобразие расследования. уровень и разработанность научных рекомендаций в области расследования. оценка расследуемого события существующая на момент расследования. место время расследования преступления наличие возможности использования в конкретный момент расследования сил средств времени оптимальным образом.
33727. Формы применения специальных знаний при расследовании преступлений 25 KB
  При раскрытии и расследовании преступлений, судебном разбирательстве у следователя или суда возникает необходимость в помощи лиц, обладающих специальными знаниями в различных областях науки, техники, искусства, ремесла. Специальными являются знания, основанные на теоретических познаниях в какой-либо области, а также приобретенные лицом в процессе практической профессиональной деятельности.
33728. Формы участия населения в осуществлении местного самоуправления 62.5 KB
  Формы участия населения в осуществлении местного самоуправления Существуют следующие форму участия населения в осуществлении МСУ согласно закону № 131: 1. Принятое на местном референдуме решение подлежит обязательному исполнению на территории муниципального образования и не нуждается в утверждении какимилибо органами государственной власти их должностными лицами или органами местного самоуправления. Муниципальные выборы: Муниципальные выборы проводятся в целях избрания депутатов членов выборного органа местного самоуправления выборных...
33729. Международное товарищество рабочих 134.79 KB
  Деятельность Маркса и Энгельса в 50-х годах В предвидении нового подъема рабочего движения Маркс и Энгельс приступили к собиранию сил рабочего класса, ослабленных поражениями и преследованиями, и занялись обобщением опыта недавно пройденного революционного пути
33730. Осуществление органами МСУ отдельных государственных полномочий 28 KB
  Порядок наделения органов местного самоуправления отдельными государственными полномочиями: Полномочия органов местного самоуправления установленные федеральными законами и законами субъектов Российской Федерации по вопросам не отнесенным к вопросам местного значения являются отдельными государственными полномочиями передаваемыми для осуществления органам местного самоуправления. Наделение органов местного самоуправления отдельными государственными полномочиями Российской Федерации осуществляется федеральными законами отдельными...