Головна |
Основними параметрами, що характеризують стан газу, є тиск P, Об 'єм V і температура Т. Зв'язок між цими параметрами для ідеального встановлюється рівнянням Клапейрона-Менделєєва:
,
де М - Маса одного моль газу, кг / моль; m - Маса газу, кг; Т - Абсолютна температура газу, К; R = 8,31 Дж / (моль ? К) - універсальна (молярна) газова постійна.
Якщо відомі два з трьох основних параметрів газу, то третій може бути виражений через них. При зміні всіх трьох параметрів газу початкові параметри (p1, V1, T1) Пов'язані з новими параметрами того ж кількості газу (p2, V2, T2) рівністю .
Адіабатний процес - Це процес, який відбувається без теплообміну системи з навколишнім середовищем, Тобто Q = 0.
Адіабатний процес можна здійснити в системі, оточеній теплоізолюючих (адіабатною) оболонкою. Приклад такого процесу - робочий такт теплової машини, при якому газ (пар) розширюється в циліндрі з теплоізолюючими стінками і поршнем, за відсутності необоротних перетворень роботи тертя в теплоту. Адіабатний процес можна реалізувати і за відсутності адіабатною оболонки; для цього він повинен протікати настільки швидко, щоб за час процесу не відбулося теплообміну між системою і навколишнім середовищем.
Перший закон термодинаміки має вигляд:
Це означає, що при адіабатні процесі система може виконувати роботу над зовнішніми тілами тільки за рахунок зменшення своєї внутрішньої енергії. якщо А > 0, то ?U = -A <0, тобто U2 < U1, А так як , то T2 < T1.
Як відомо, газ здійснює позитивну роботу, якщо ?V > 0.
Таким чином, при адіабатні розширенні газ здійснює роботу і сам охолоджується. навпаки, при адіабатні стисканні (А <0) над газом відбувається робота і газ нагрівається.
При адіабатні процесі тиск і обсяг пов'язані між собою рівнянням:
p ? V g = Const або p ? T g / (g - 1) = Const,
де ? > 1 - показник адіабати (або коефіцієнт Пуассона). Це рівняння називається рівнянням адіабати або рівнянням Пуассона.
зміни ентропії S системи в оборотному адіабатичному процесі внаслідок передачі тепла через кордони системи не відбувається:
dS = ?Q/T = 0
тут T - Температура системи, ?Q - Теплота, отримана системою. Завдяки цьому адіабатичний процес може бути складовою частиною оборотного циклу.
Адіабатне зміна стану газу можна виразити графічно. Графік цього процесу називають адіабати (Рис. 2). При одних і тих же початкових умовах (p0, V0) При адіабатні розширенні тиск газу зменшується швидше, ніж при ізотермічному, так як падіння тиску викликано не тільки збільшенням обсягу (як при ізотермічному розширенні), але і зниженням температури. Тому адіабата йде нижче ізотерми і газ при адіабатні розширенні здійснює меншу роботу, ніж при ізотермічному розширенні.
Мал. 2
При швидкому стискуванні (розширенні) теплообмін відбутися не встигає і процеси можна розглядати як адіабатні (нерівноважні). Тому будь-який газ при швидкому стискуванні нагрівається (наприклад, нагрівання насоса при накачуванні велосипедної шини). При сильному і швидкому стискуванні повітря температура може підвищитися настільки, що при наявності в повітрі парів бензину вони спалахують. Це використовується в дизельних двигунах для запалювання горючої суміші. Цим пояснюється необхідність спеціального охолодження потужних компресорів.
Охолодження повітря при адіабатні розширенні викликає утворення хмар.
Лабораторна робота № 11 | Теорія лабораторної роботи
теоретичні відомості | опис установки | Вимірювання та обробка результатів | теоретичні відомості | Теорія лабораторної роботи | Вимірювання та обробка результатів | явища переносу | рівняння теплопровідності | теоретичні відомості | Вимірювання та обробка результатів |