32764

Приминение первого начала термодинамики к изопроцессам и адиабатному процессу идеального газа. Зависимость теплоёмкости идеального газа от вида процесса

Доклад

Физика

Приминение первого начала термодинамики к изопроцессам и адиабатному процессу идеального газа. Зависимость теплоёмкости идеального газа от вида процесса. Тогда для произвольной массы газа получим Q=dU=mCvT M Изобарный процесс p=const. При изобарном процессе работа газа при расширении объема от V1 до V2 равна и определяется площадью прямоугольника.

Русский

2013-09-05

88 KB

55 чел.

39.Приминение первого начала термодинамики к изопроцессам и адиабатному процессу идеального газа. Зависимость теплоёмкости идеального газа от вида процесса.

Первое начало термодинамики и изопроцессы.

Среди равновесных процессов, происходящих с термодинамическими системами, выделяются изопроцессы, при которых один из основных параметров состояния сохраняется постоянным.

Изохорный процесс (V=const). Диаграмма этого процесса (изохора) в координатах р, V изображается прямой, параллельной оси ординат, где процесс 1-2 есть изохорное нагревание, а 1-3 - изохорное охлаждение. При изохорном процессе газ не совершает работы над внешними телами, т.е. 

A=pdV=0

Для изохорного процесса следует, что вся теплота, сообщаемая газу, идет на увеличение его внутренней энергии: Q=dU

DUm=CvdT. Тогда для произвольной массы газа получим Q=dU=mCvT/M

Изобарный процесс (p=const). Диаграмма этого процесса (изобара) в координатах р, V изображается прямой, параллельной оси V. При изобарном процессе работа газа при расширении объема от V1 до V2 равна             

и определяется площадью прямоугольника. Если использовать уравнение Клапейрона - Менделеева для выбранных нами двух состояний, то

 Тогда выражение для работы изобарного расширения примет вид

A=m/MR(T2-T1). Из этого выражения вытекает физический смысл молярной газовой постоянной R: если Т2-T1 =1 К, то для 1 моля газа R=А, т.е. R численно равна работе изобарного расширения 1 моля идеального газа при нагревании его на 1 К.

В изобарном процессе при сообщении газу массой m количества теплоты

его внутренняя энергия возрастает на величину

Изотермический процесс (T=const). Изотермический процесс описывается законом Бойля - Мариотта: PV=const.

Диаграмма этого процесса (изотерма)в координатах р, V представляет собой гиперболу, расположенную на диаграмме тем выше, чем выше температура, при которой происходил процесс. Работа изотермического расширения газа:

.

Так как при T=const внутренняя энергия идеального газа не изменяется

то из первого начала термодинамики (Q=dU+A) следует, что для изотермического процесса Q=A, т.е. все количество теплоты, сообщаемое газу, расходуется на совершение им работы против внешних сил   Следовательно, для того, чтобы при работе расширения температура не уменьшалась, к газу в течение изотермического процесса необходимо подводить количество теплоты, эквивалентное внешней работе расширения.

Первое начало термодинамики и адиабатический процесс.

Адиабатическим называется процесс, при котором отсутствует теплообмен (dQ = 0) между системой и окружающей средой. К адиабатическим процессам можно отнести все быстропротекающие процессы. Адиабатические процессы применяются в двигателях внутреннего сгорания (расширение и сжатие горючей смеси в цилиндрах), в холодильных установках и т. д. Из первого начала термодинамики d Q = dU + dA для адиабатического процесса следует, что d A = – dU * т. е. внешняя работа совершается за счет изменения внутренней энергии системы. Используя выражения для элементарной работы и приращения внутренней энергии, для произвольной массы газа получаем уравнение в виде pdV=-m/MCvdT Продифференцировав уравнение состояния для идеального газа pV=m/MRT, получим pdV+Vdp=m/mRdT Исключив из уравнений температуру Т:

Разделив переменные и учитывая, что Cp/Cv = g , найдем dp/p=-γdV/V 

Интегрируя это уравнение в пределах от р1 до р2 и соответственно от V1 до V2, а

затем потенцируя, придем к выражению p2/p1=(V1/V2) γ  или p1V1γ=p2V2γ

Полученное выражение есть уравнение адиабатического процесса, называемое также уравнением Пуассона.

Для перехода к переменным Т, V или р, Т исключим из полученного уравнения с помощью уравнения Клапейрона -Менделеева

соответственно давление или объем:TVγ-1 = const TγV1-γ = const

Выражения представляют собой уравнения адиабатического процесса. В этих уравнениях

безразмерная величина g = Cp/Cv = (i + 2)/I называется показателем адиабаты (или коэффициентом Пуассона). Для одноатомных газов (Ne, He и др.), достаточно хорошо удовлетворяющих условию идеальности, i = 3, g = 1,67. Для двухатомных газов (Н2, N2, О2 и др.) i=5, g =1,4. Значения g , вычисленные по формуле (g = (i + 2)/i), хорошо подтверждаются экспериментом.

Диаграмма адиабатического процесса (адиабата) в координатах р, V изображается гиперболой. На рисунке видно, что адиабата (pVg = const) более крутая, чем изотерма (pV=const). Это объясняется тем, что при адиабатическом сжатии 1 - 3 увеличение давления газа обусловлено не только уменьшением его объема, как при изотермическом сжатии, но и повышением температуры в адиабатическом процессе. Запишем уравнение первое начало термодинамик для адиабатического процесса dA = – dU в виде

Если газ адиабатически расширяется от объема Vl до V2, то его температура уменьшается от Т1 до Т2 и работа расширения идеального газа равна

Работа, совершаемая газом при адиабатическом расширении 1 – 2 (численно равная площади под кривой), меньше, чем при изотермическом процессе. Это объясняется тем, что при адиабатическом расширении происходит охлаждение газа, тогда как при изотермическом – температура поддерживается постоянной за счет притока извне эквивалентного количества теплоты.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

36229. Адресация памяти ЭВМ 37 KB
  Адресация памяти ЭВМ. 3 Непосредственная адресация. Непосредственная адресация удобна для хранения различного рода констант. Прямая адресация.
36230. Прерывания микропроцессора 69.5 KB
  Прерывания микропроцессора Прерывание работы микропроцессора. Прерывания осуществляются аппаратными средствами которые заставляют МП приостановить выполнение текущей программы и отреагировать на внешнее событие. Прерывания дают возможность осуществлять операции вводавывода независимо от МП. ЦП может игнорировать требование маскируемого прерывания и продолжать выполнять текущую программу.
36231. Использование стековой памяти 52 KB
  Поскольку существует только один регистр сегмента стека SS хранящий начальный базовый адрес стека в каждый момент времени можно обращаться только к одному стеку. Указатель стека SP используется для хранения адреса последнего члена последовательности вершины стека записанного в стек. Такие команды как PUSH записать данные в стек РОР считать данные из стека CLL вызов процедуры RET возврат из процедуры или IRET выход из прерывания автоматически изменяют содержимое указателя стека SP так чтобы отслеживать адрес вершины...
36233. Угрозы защищенности информации 84 KB
  Нарушение конфиденциальности возникает тогда когда к какойлибо информации получает доступ лицо не имеющее на это права. Отказ в обслуживании угрожает не самой информации а АС в которой эта информация обрабатывается. При возникновении отказа в обслуживании уполномоченные пользователи не могут получить своевременный доступ к необходимой информации хотя имеют на это полное право.
36234. Предмет и объекты защиты информации в ЭИС 120 KB
  Под ЗИ в ЭИС понимается регулярное использование в них средств и методов принятие мер и осуществление мероприятий с целью системного обеспечения требуемой надежности информации хранимой и обрабатываемой с использованием средств ЭИС [13]. ТСК должен принадлежать к одному и тому же организационному компоненту ЭИС участвовать в осуществлении одних и тех же функций обработки информации в ЭИС быть локализованным с точки зрения территориального расположения ЭИС. Элементы защиты выделяются по нахождению в одном и том же объекте защиты...
36235. Криптографическое закрытие информации, хранимой на носителях (архивация данных) 339 KB
  Устройства содержат датчики случайных чисел для генерации ключей и узлы шифрования реализованные аппаратно в специализированных однокристальных микроЭВМ. На базе устройств КРИПТОН разработана и серийно выпускается система КРИПТОНИК обеспечивающая также чтение запись и защиту данных хранящихся на интеллектуальных идентификационных карточках получающих в последнее время широкое применение как в виде дебетно кредитных карточек при безналичных расчетах так и в виде средства хранения прав доступа ключей шифрования и другой конфиденциальной...
36236. Общие положения по применению системы «Кобра» 229 KB
  Классификация компьютерных вирусов Компьютерные вирусы классифицируются в соответствии со следующими признаками: 1 среда обитания: файловые вирусы; загрузочные вирусы заражающие компоненты системной области используемые при загрузке ОС; файловозагрузочные вирусы. 2 способ заражения среды обитания; 3 способ активизации: резидентные и нерезидентные вирусы; 4 способ проявления деструктивные действия или вызываемые эффекты: влияние на работу ПК; искажение программных файлов файлов с данными; форматирование диска или его части; замена...
36237. Цели, функции и задачи защиты информации в сетях ЭВМ 127 KB
  Методы цифровой подписи данных передаваемых в сети Механизм цифровой подписи реализуемый также криптографическими методами состоит из формирования подписи блока данных при передаче и проверки подписи в принятом блоке данных. Первый процесс заключается в формировании подписи по определенному алгоритму с использованием секретного ключа второй – в обратном преобразовании. Считается что для реализации цифровой подписи методы шифрования с открытыми ключами предпочтительнее традиционных методов шифрования. При наличии подходящего алгоритма...