Основные термодинамические процессы

Идеальных газов

Термодинамика в первую очередь рассматривает равновесные состояния и равновесные обратимые процессы, протекающие в идеализированных системах с бесконечно малыми скоростями течения процессов. Именно такие процессы поддаются графическому изображению и полному термодинамическому анализу, если известны свойства рабочего вещества.

Основными процессами, широко применяемыми в теоретических исследованиях и в технических разработках, являются:

1) изохорный ( v = const );

2) изобарный ( p = const );

3) изотермический ( T = const );

4) адиабатный ( dq = 0 );

5) политропный (обобщающий).

Если, пользуясь характеристическим уравнением состояния идеального газа, теорией теплоёмкости и первым законом термодинамики, провести исследования основных термодинамических процессов, то могут быть получены следующие зависимости и величины, характеризующие термодинамические закономерности изменения состояния газов.

1.Уравнение процесса в системе координат p – v .

2.Аналитическая взаимосвязь между основными параметрами процесса ( p, v, T ).

3.Теплоёмкость процесса.

4.Величина изменения внутренней энергии газа.

5.Величина изменения энтальпии.

6.Работа процесса, совершаемая рабочим телом (газом) или внешней средой.

7.Количество тепла, подведённого за время процесса к рабочему телу, или отведённого от него.

Следует отметить, что действительные процессы, протекающие в природе и в технике, сопровождаются внутренним и внешним трением газа при конечных скоростях его движения и конечной разности температур, а, следовательно, не являются обратимыми. Однако многие реальные процессы сравнительно мало отличаются от идеальных (обратимых) и в расчётах их принимают за равновесные. Для остальных же в расчётные зависимости приходится вносить соответствующие корректирующие поправки (поправочные коэффициенты) из справочной литературы.

Далее приводятся расчётные зависимости и величины для основных процессов идеальных газов, исходя из условия, что теплоёмкости газов не зависят от температуры и остаются постоянными.

Примечание. При больших изменениях температуры расчёт газовых процессов следует вести с учётом зависимости теплоёмкости от температуры, используя справочные таблицы (см. раздел 5).

Изохорный процесс

Процесс, протекающий при постоянном объёме ( dv = 0, или v = const ), называют изохорным.

Уравнение процесса

p = T . (7.1)

Графическую линию процесса называют изохорой.

Зависимость между параметрами описывается законом Шарля (давления пропорциональны температурам):

= . (7.2)

Теплоёмкость процесса – c , кДж / (кг град).

Изменение внутренней энергии одного кг газа

u = u - u = c ( T - T ), кДж / кг. (7.3)

Внешняя работа процесса при v = const, когда dv = 0,

l = = 0. (7.4)