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):
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.
Раздел Физика |
|||||
Введение | |||||
Температурные и температурные весы | |||||
Тепловое расширение | |||||
Идеальный газ | |||||
Кинетическая теория | |||||
Изменения фазы | |||||
Нулевой закон термодинамики | |||||
Тепловое давление | |||||
Диффузия |