Адиабатические процессы

Физика > Адиабатические процессы

 

Рассмотрите условия при адиабатическом процессе с газом. Читайте про закон Бойля, идеальный газ, сравнение изотермического и адиабатического процессов, формулы.

Адиабатическим именуют любой процесс, осуществляемый без усиления или потери тепла внутри системы.

Задача обучения

• Оценить среду, в которой происходят изотермические процессы.

Основные пункты

• Адиабатические процессы возникают, если емкость обладает теплоизолированными стенами или процесс осуществляется в краткий срок.
• Для расширяющегося адиабатического идеального одноатомного газа, функционирующего в среде, внутренняя энергия должна уменьшиться.
• Изотермический процесс можно воспринимать как противоположный адиабатическому. В первом теплообмен проходит медленно, поэтому температура остается стабильной.

Термины

• Закон Бойля – давление идеального газа расположено в обратной пропорциональности объему в условиях стабильной температуры.
• Идеальный газ – гипотетическое понятие, где молекулы лишены контакта и переживают эластичные удары друг с другом и со стенами емкости.
• Обратимый – способность вернуться в исходное состояние без использования свободной энергии и увеличения энтропии.

Изотермический процесс – изменение системы, где температура остается неизменной: ΔT = 0. Обычно так случается, если система контактирует с внешним тепловым контейнером (теплая ванна), а перемены проходят достаточно медленно, чтобы система смогла регулировать температуру резервуара при помощи теплообмена.

Адиабатический процесс строится на том, что система и окружающая среда не обмениваются теплом (Q = 0). То есть, в изотермическом процессе ΔT = 0, но Q ≠ 0, а в адиабатическом – ΔT ≠ 0, но Q = 0.

Идеальный газ в изотермическом процессе

Произведение давления и объема (PV) в идеальном газе выступает стабильным, если газ сберегается в изотермических условиях (закон Бойля). Но нет случаев, когда произведение PV выступает экспоненциальным. Величина константы nRT, где n – количество молей присутствующего газа, а R – идеальная газовая постоянная. То есть, используется закон идеального газа PV = nRT. Это значит, что

Несколько изотерм идеального газа на диаграмме PV

Расчет работы

В термодинамике работа, осуществляемая за счет перехода газа из состояния А в В, отображается как:

В изотермическом обратном процессе интеграл приравнивается к площади объема давления и обозначается синим цветом. Р =  используют при стабильном Т и мы знаем:

Синяя область отображает работу, выполняемую газом в период расширения для изотермического изменения

Если температура поддерживается стабильной, то внутренняя энергия системы также стабильна, поэтому ΔU = 0. Из первого закона термодинамики следует, что Q = -W для этого же изотермического процесса.

---