Постоянное давление

Физика > Постоянное давление

 

Изобарическим именуют термодинамический процесс, где показатель давления остается неизменным (работа газа – PΔV).

Задача обучения

  • Изучить поведение одноатомного газа в изобарном процессе.

Основные пункты

  • Газы способны расширяться и сжиматься. Эти процессы подчиняются ограничениям и влияют на финальное состояние.
  • Переданное в систему тепло работает и меняет внутреннюю энергию: Q = 5/2 • NkΔT.
  • В одноатомном идеальном газе удельная теплоемкость в условиях зафиксированного давления – 5/2 • R.

Термины

  • Удельная теплоемкость – соотношение количества вещества, нужного для повышения температурной отметки с количеством вещества, которое нужно для понижения на ту же температуру.
  • Первый закон термодинамики – перемена внутренней энергии в замкнутой системе приравнивается к количеству тепла, попавшего в систему, за исключением объема работы, осуществленной во внешнем мире.

Существуют ограничения, в которых газы сжимаются и расширяются. Финальное состояние зависит от типа ограничения. К примеру, идеальный расширяющийся газ будет существовать в одном состоянии со стабильной температурой и изменится при тех же условиях, но с неизменным давлением.

Изобарический процесс

Это термодинамический процесс, где показатель давления остается зафиксированным: ΔP = 0. То есть, объем газа выступает пропорциональным температуре. Давайте рассмотрим случай с работой поршня при стабильном давлении. Тогда и действующая сила будет постоянной, а формула для работы: W = Fd (F (PA) – сила на поршне, приложенная давлением, а d – смещение поршня). Поэтому работа, выполняемая газом (W):

W = PAd.

Изменение объема цилиндра – площадь поперечного сечения, умноженная на смещение. Выходит, что Ad = ΔV:

W = PΔV

Если ΔV положительное, то и W – положительное, то есть, работа выполняется газом во внешнем мире. Используя закон идеального газа PV = NkT (P = постоянная):

На графике продемонстрирована зависимость давления от объема для стабильного давления или изобарного процесса. Площадь под кривой приравнивается к выполненной газом роботе, так как W = PΔV

W = NkΔT

Одноатомный газ

Если вернемся к первому закону термодинамики, то

Q = ΔU + W (W – выполняемая системой работа, U – внутренняя энергия, Q – теплота).

Мы знаем, что переданное в систему тепло работает, но также изменяет внутреннюю энергию. Поскольку, U = 3/2 • NkT для одноатомного газа, получаем ΔU = 3/2 • NkΔT.

Если возьмем оба уравнения, то выйдем на Q = 5/2 • NkΔT для одноатомного газа в изобарическом процессе.

Удельная теплоемкость

Удельное тепло при стабильном давлении вычисляется как Q = ncPΔT (n – количество частиц в газе, представленном в молях).

Отметив, что N = NAn и R = kNA (NA – число Авогадро, R – универсальная газовая постоянная), получаем:

CP = 5/2 •kNA = 5/2 • R для одноатомного газа.



Космос | Лунный календарь | Знаки Зодиака | Натальная карта | Сонник | Телескопы
V-kosmose.com, 2014-2017 гг. Все права защищены.