Изопроцессы идеального газа

Изохорный процесс(V=const, ΔV= 0).

или- закон Шарля.

Данный процесс можно изобразить на диаграмме в координатах P(V), Р(Т) илиV(T) (рис. 2.1).

Первый закон термодинамики для изохорного процесса имеет вид: А₁₂= 0, =>.

С_μv– молярная теплоемкость газа при постоянном объеме,.

Изобарный процесс(р =const, Δр = 0).

или- закон Гей-Люссака (рис.2.2).

Первое начало термодинамики для изобарного процесса.

, =>

.

С_μр– молярная теплоемкость газа при постоянном давлении,

.

Изотермический процесс(Т =const, ΔТ = 0)

или- закон Бойля-Мариотта (рис. 2.3).

Первый закон термодинамики применительно к изотермическому процессу. , ΔU₁₂=0 =>.

Адиабатный процесс(Q= 0)

Уравнение адиабаты или.- коэффициент Пуассона (рис.2.4).

Первый закон термодинамики для адиабатного процесса.

.

В адиабатном процессе работа газа по увеличению объема (расширению) может совершаться только за счет убыли собственной внутренней энергии. Если при адиабатном процессе происходит сжатие газа под действием внешних сил, то внутренняя энергия газа будет увеличиваться .

Коэффициент полезного действия (КПД) – это отношение энергии, затраченной на выполнение полезной работы, к полной энергии, переданной системе

.

КПД тепловой машины, работающей по циклу Карно, зависит только от разности температур нагревателя и холодильника:

,

где Q₁– количество теплоты, полученное от нагревателя,Q₂– количество теплоты, переданное охладителю. Т₁и Т₂– температуры нагревателя и охладителя, соответственно.

Изменение энтропии в обратимом конечном процессе:

.

Явления переноса

Явления переноса – это процессы взаимодействия между молекулами системы, приводящие к установлению равновесного состояния системы.

Среднее число столкновений молекулы за 1 секунду:

,

где d- эффективный диаметр молекулы,n– концентрация молекул.

Средняя длина свободного пробега молекулы:

.

Явление диффузии – процесс переноса молекулами системы массы вещества, приводящий к выравниванию плотности (или концентрации) вещества внутри системы.

Уравнение диффузии: ,

где - градиент плотности в направлении, перпендикулярном к площадке ΔSза время Δt,– коэффициент диффузии.

Явление внутреннего трения (вязкости) – процесс переноса молекулами системы импульса, приводящий к выравниванию скорости упорядоченного движения слоев вещества внутри системы.

Сила вязкого трения, действующая между слоями газа:

,

где - градиент скорости течения газа в направлении, перпендикулярном к площадке ΔS,- коэффициент внутреннего трения, ρ – плотность газа.

Явление теплопроводности – это процесс переноса молекулами системы некоторого количества теплоты через единичную площадку за единицу времени, приводящий к выравниванию температуры всех частей системы.

Уравнение теплопроводности: ,

где ΔТ/Δх – градиент температуры в направлении, перпендикулярном к площадке ΔS, Δt– время переноса количества теплоты,– коэффициент теплопроводности.