§ 9. Термодинамические процессы

Термодинамическим процессом называется изменение термоди­намической системы (газа) в результате взаимодействия ее с внеш­ней средой.

Рис. 1. Изохорный процесс изменения состояния газа

Рис. 2. Изобарный процесс из­менения состояния газа

Переход газа из начального состояния в конечное всегда осуще­ствляется через множество промежуточных состояний. Совокуп­ность точек, соответствующих на графике этим состояниям, обра­зует линию, которая служит графическим изображением процесса в системе координат р—V.

В зависимости от того, в каких условиях происходит переход газа из начального состояния в конечное, различают следующие термодинамические процессы: изохорный, изобарный, изотермиче­ский, адиабатный, политропный.

Изохорный процесс характеризуется тем, что переход газа из одного состояния в другое происходит без изменения удельного объема. В системе р—V координат этот процесс изображается ли-

нией J—2, параллельной оси ординат (рис. 1). Эта линия называ­ется изохорой. В изохорном процессе газ не совершает внешней ра­боты потому, что его объем не изменяется. Все подведенное количе­ство

теплоты идет на увеличение внутренней энергии газа, на повы­шение его температуры.

В процессе 1—2 теплота подводится к газу, а в процессе 2—1 — отводится. Математическое выражение процесса:

P₂/P₁ = T₂/T₁ или p/T = R/V = const.

Рис. 3. Изотермический процесс Рис. 4. Адиабатный процесс измс- изменения состояния газа нения состояния газа

Изобарный процесс — это термодинамический процесс, протека­ющий при постоянном давлении. Линия 1—2, изображающая этот процесс, параллельна оси абсцис и называется изобарой (рис. 2).

Работа Л в изобарном процессе измеряется площадью прямо­угольника, высота которого р, а основание V₂—V₁. В изобарном про­цессе количество теплоты, сообщенное газу, идет на увеличение внутренней энергии и на совершение внешней работы. В процессе 1—2 теплота к газу подводится, газ увеличивает объем и совер­шается работа против внешних сил. В процессе 2—1 теплота от газа отводится, объем газа уменьшается, и внешние силк совершают над газом работу, при этом газ охлаждается. Математическое вы­ражение процесса:

^V₁^/V₂^{= T}₂^/T₁ ^{или- V/T =R/p=const.}

Изотермический процесс протекает при постоянной температу­ре. Его уравнение:

pV = const или p₂/p₁= V₁/V₂

В системе координат р—V процесс изображается равнобокой гиперболой, которая называется изотермой (рис. 3).

Работа Л в изотермическом процессе измеряется площадью, ограниченной изотермой 1—2, ординатами 1—В и 2—С, отрезком абсциссы ВС.

В изотермическом процессе 1—2 температура газа не изменя­ется, поэтому его внутренняя энергия также не изменяется, а все

подведенное количество теплоты расхо­дуется на совершение внешней работы. В процессе 2—1 внешние силы соверша­ют над газом работу, при этом теплота полностью отводится от газа.

Адиабатный процесс характеризуется отсутствием теплообмена с окружающей средой. В системе координат р—V этот процесс изображается кривой, которая называется адиабатой (рис. 4).

При адиабатном процессе изменяют­ся все три параметра: р, V, Т. Матема­тическое выражение процесса:

pV^R = const,

где R — показатель адиабаты.

Рис. 5.

Термодинамические процессы:

1-4-изотермический

2-4-политропный

3-4-адиабатный

5-4-изобарный

6-4-изохорный

В процессе 1—2 работа совершается за счет уменьшения внутренней энергии

газа, температура при этом понижается.

В процессе 2—1 работа, совершаемая над газом внешними силами, идет на увеличение внутренней энер­гии, на повышение его температуры. На диаграмме р—V ра­бота Л в адиабатном процессе показана заштрихованной площад­кой.

Политропный процесс характеризуется тем, что он протекает с изменением всех параметров состояния газа и при наличии теплооб­мена с внешней средой. Кривая, изображающая политропный про­цесс, называется политропой. Математическое выражение процесса:

р Vⁿ = const,

где п — показатель политропы.

На рис. 5 для сравнения показаны все термодинамические про­цессы.