Применение 1-ого закона термодинамики к изопроцессам.

ПРИМЕНЕНИЕ 1 ЗАКОНА ТЕРМОДИНАМИКИ К ИЗОПРОЦЕССАМ.
Процесс	Постоянные	График	Изменение внутренней энергии	Запись 1-го закона термодинамики	Физический смысл
Изотермическое расширение	m=const M=const T=const pV=const		U=const ΔU=0	Q=A'	Изотермический процесс не может происходить без теплопередачи. Все количество теплоты, переданное системе, расходуется на совершение этой системой механической работы.
Изотермическое сжатие	m=const M=const T=const pV=const		U=const ΔU=0	A=-Q	Изотермический процесс не может происходить без теплопередачи. Вся работа внешних сил выделяется в виде тепла.
Изохорное нагревание	m=const M=const V=const		p↑ T↑ U↑ ΔU>0	A=0 Q= ΔU	Все количество теплоты, переданное системе, расходуется на увеличение ее внутренней энергии.
Изохорное охлаждение	m=const M=const V=const		p↓ T↓ U↓ ΔU<0	A=0 Q= ΔU<0	Система уменьшает свою внутреннюю энергию, отдаваятепло окружающим телам.
Изобарное расширение (нагревание)	m=const M=const p=const		V­↑ T­↑ U­↑ ΔU>0	Q=ΔU+A' ΔU=Q-А'>0	Количество теплоты, переданное системе, превышает совершенную еюмеханическую работу. Часть тепла расходуется на совершение работы, а часть – на увеличениевнутр. энергии.
Изобарное сжатие (охлаждение)	m=const M=const p=const		V↓ T↓ U↓ ΔU<0	ΔU=Q+A<0 Q<0	Количество теплоты, отдаваемое системой, превышает работу внешних сил. Часть тепла система отдает за счет уменьшениявнутр. энергии.
Адиабатное Расширение	m=const M=const =const		ΔU<0 U↓ T↓	Q=0 A' > 0 ΔU=-A' < 0 A'=-ΔU	Система совершает механическую работу только за счет уменьшения своей внутренней энергии.
Адиабатное сжатие	m=const M=const =const		ΔU>0 U­↑ T­↑	Q=0 A>0 ΔU=A	Внутренняя энергия системы увеличивается за счет работы внешних сил.

ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Тепловые двигатели - устройства, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую энергию.

Любой тепловой двигатель состоит из трех основных частей.

Рабочее тело - газ, совершающий работу А' при расширении.

Нагреватель - устройство, от которого рабочее тело получает количество теплоты Q ₁

Холодильник - устройство, которому рабочее тело передает количество теплоты Q₂

Коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателя называют отношение работы,совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

Так как Q₂ < Q₁, то всегда < 1.

Идеальная тепловая машина Карно - модель теплового двигателя, в котором рабочим телом является идеальный газ. КПД машины Карно

где Т₁ - температура нагревателя, T₂ - температура холодильника.

Реальная тепловая машина не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой машины.

Пример. Объем кислорода массой 160 г, температура которого 27°С, при изобарном нагревании увеличился вдвое. Найдите работу газа при расширении, количество теплоты, которое пошло на нагревание кислорода, изменение внутренней энергии.

Величина работы, совершаемой газом при изобарном процессе, когда V = V₂ - V₁ = V₁, определяется выражением

С учетом уравнения состояния

можно записать

Изменение внутренней энергии двухатомного газа, с учетом уравнения состояния, будет выглядеть:

Учитывая, что А^| = pV₁, получим:

Количество теплоты, переданное газу, согласно первому закону термодинамики, идет на изменение его внутренней энергии и совершение газом работы:

Ответ: работа газа равна 12,5 кДж, количество теплоты, которое пошло на его нагревание, равно 43,8 кДж, изменение внутренней энергии - 31,3 кДж.