Основы теплотехники

Что изучает термодинамика

Объектом изучения термодинамики являются тепловые свойства тел, а также систем, которые находятся в состоянии теплового равновесия. Оно объясняется законом сохранения энергии, при этом не учитывается внутреннее строение тел, включенных в систему.

В термодинамике не рассматриваются такие микроскопические величины, как размеры молекул и атомов, их количество и масса. Этот раздел физики рассматривает процессы в большом масштабе

Благодаря созданию законов термодинамики удалось установить связь между несколькими наблюдаемыми физическими величинами, которые характеризуют состояние системы. К ним относится следующие параметры:

• объем;
• давление;
• концентрация;
• температура;
• энергия.

Указанные параметры не применимы к отдельным молекулам, поскольку используются для детального описания систем в общем виде. Решения, основанные на термодинамических законах, встречаются в различных сферах, в том числе теплотехнике и электроэнергетике

Это свидетельствует о важности понимания химических процессов и фазовых переносов. Принципы термодинамики тесно связаны с квантовой механикой

Эти независимые теории обращаются к физическим явлениям материи и света.

Графики изопроцессов

Так как мы рассматриваем три макропараметра p, T и V, то возможно три системы координат: (p, V), (V, Τ), (p, Т).

Графики зависимости между параметрами данной массы при постоянной температуре называются изотермами.

Рассмотрим два изотермических процесса с температурами T₁ и T₂ (T₂ > T₁). В координатах, где есть ось температуры ((V, Τ) и (p, Т)), графиками будут прямые, перпендикулярные оси T, и проходящие через точки T₁ и T₂ (рис. 2, а, б).

Определим вид графика в осях (p, V). Для изотермического процесса \(~p \cdot V = \operatorname{const}\). Обозначим эту константу буквой z₁. Тогда

\(~p \cdot V = z_1\) или \(~p = \dfrac{z_1}{V}\).

График этой функции — гипербола (рис. 2, в).

Рис. 2

Графики зависимости между параметрами газа при постоянной массе газа и давлении называют изобарами.

Рассмотрим два изобарных процесса с давлениями p₁ и p₂ (p₂ > p₁). В координатах, где есть ось давления ((p, Τ) и (p, V)), графиками будут прямые, перпендикулярные оси p, и проходящие через точки p₁ и p₂ (рис. 3, а, б).

Определим вид графика в осях (V, T). Для изобарного процесса \(~\dfrac{V}{T} = \operatorname{const}\). Обозначим эту константу буквой z₂. Тогда

\(~\dfrac{V}{T} = z_2\) или \(~V = z_2 \cdot T\).

График этой функции — прямая линия, проходящая через начало координат (рис. 3, в).

Рис. 3

Графики зависимости между параметрами газа при постоянной массе газа и постоянном объеме называют изохорами.

Рассмотрим два изохорных процесса с объемами V₁ и V₂ (V₂ > V₁). В координатах, где есть ось объема ((V, Τ) и (p, V)), графиками будут прямые, перпендикулярные оси V, и проходящие через точки V₁ и V₂ (рис. 4, а, б).

Определим вид графика в осях (p, T). Для изохорного процесса \(~\dfrac{p}{T} = \operatorname{const}\). Обозначим эту константу буквой z₃. Тогда

\(~\dfrac{p}{T} = z_3\) или \(~p = z_3 \cdot T\).

График этой функции — прямая линия, проходящая через начало координат (рис. 4, в).

Рис. 4

• Все графики изопроцессов прямые линии (исключение, гипербола в осях p(V)). Эти прямые проходят или через нуль, или перпендикулярно одной из осей.
• Так как давление газа, его объем и температура не могут равняться нулю, то при приближении к нулевым значениям линии графика изображают пунктирными линиями.

Уравнение состояния идеального газа

В изопроцессах два параметра изменялись при постоянном значении третьего. Но возможны случаи, когда меняются сразу три параметра. Например, когда нагретый у поверхности Земли воздух поднимается вверх, то он расширяется, давление его уменьшается и температура понижается.

Уравнение, связывающее температуру T, давление p и объем V для данной массы идеального газа , называют уравнением состояния газа.

Это уравнение было получено экспериментально, но его можно вывести из основного уравнения MKT:

\(~p = n \cdot k \cdot T.\)

По определению концентрация газа

\(~n = \dfrac NV,\)

где N — число молекул. Тогда

\(~p = \dfrac NV \cdot k \cdot T \Rightarrow \dfrac{p \cdot V}{T} = k \cdot N . \qquad (1)\)

При неизменной массе газа число молекул в нем постоянно и произведение \(~k \cdot N = \operatorname{const}.\) Следовательно,

\(~\dfrac{p \cdot V}{T} = \operatorname{const}\) или для двух состояний \(~\dfrac{p_1 \cdot V_1}{T_1} = \dfrac{p_2 \cdot V_2}{T_2} . \qquad (2)\)

Соотношение (2) и есть уравнение состояния идеального газа. Его называют уравнением Клапейрона. Им пользуются в тех случаях, когда масса газа и его химический состав не изменяются и нужно сравнить два состояния газа.

Изоэнтропийный процесс.

Изоэнтропийный процесс — это изменение термодинамической системы с условием не изменения энтропии (S = const). Изоэнтропийным является, например, обратимый адиабатический процесс: в таком процессе не происходит теплообмена с окружающей средой. Идеальный газ в таком процессе описывается следующим уравнением:

Если в термодинамическом процессе один из параметров газа ( ) не изменяется, то такой процесс называется изопроцессом.

Процесс, протекающий при постоянном давлении, называетсяизобарным. Из объединенного газового закона для изобарного процесса следует:

(уравнение изобарного процесса).

Процесс, протекающий при постоянном объеме, называется изохорным. Из объединенного газового закона для изохорного процесса следует:

(уравнение изохорного процесса).

Процесс, протекающий при постоянной температуре, называется изотермическим. Для изотермического процесса:

Изопроцессы — термодинамические процессы, во время которых количество вещества и ещё одна из физических величин — параметров состояния: давление, объём или температура — остаются неизменными. Так, неизменному давлению соответствует изобарный процесс, объёму — изохорный, температуре — изотермический, энтропии — изоэнтропийный (например, обратимый адиабатический процесс) . Линии, изображающие данные процессы на какой-либо термодинамической диаграмме, называются изобара, изохора, изотерма и адиабата соответственно. Изопроцессы являются частными случаями политропного процесса.

Температура (t), объём (V) и давление (P) являются главными параметрами состояния газа. Любое изменение, которое может протекать в веществе, называется в физике термодинамическим процессом (ТП). Если подобное наблюдаются при неизменной массе и постоянном значении одного компонента, тогда явление называется изопроцессом. Под определение попадает идеализированная модель реального процесса в газе.

Что такое изопроцессы?

Изопроцесс — это процесс, в котором внешние условия остаются постоянными, в то время как изменяются внутренние параметры системы. В физике и химии изопроцессы являются важным инструментом для изучения и понимания различных процессов.

Примеры изопроцессов:

• Изохорный процесс: В этом процессе объем системы остается постоянным, тогда как давление и температура могут меняться. Например, нагревание газа в герметично закрытом сосуде.
• Изобарный процесс: В этом процессе давление системы остается постоянным, а объем и температура могут изменяться. Например, испарение воды под атмосферным давлением.
• Изотермический процесс: В этом процессе температура системы остается постоянной, а объем и давление могут меняться. Например, сжатие или расширение газа, происходящее при постоянной температуре.
• Адиабатический процесс: В этом процессе нет теплообмена с окружающей средой, поэтому изменениями являются только объем и давление. Например, компрессия газа в цилиндре без теплообмена с окружающей средой.

Изопроцессы широко применяются в различных областях науки и техники для анализа и моделирования различных систем. Они позволяют исследовать различные характеристики процессов и понять их влияние на состояние системы.

Пример сравнения изопроцессов Тип процесса Изобарный Изохорный Изотермический Адиабатический

Давление Постоянное Меняется Меняется Меняется

Объем Меняется Постоянный Меняется Меняется

Температура Меняется Меняется Постоянная Меняется

Определение изопроцессов

Изопроцессы — это процессы, в которых некоторые определенные параметры остаются постоянными. В химической термодинамике ифизике изопроцессы играют важную роль при анализе поведения газов и других веществ в различных условиях и при переходе от одного состояния к другому.

Основной характеристикой изопроцессов является постоянство того или иного параметра, такого как температура, давление или объем системы. Каждый изопроцесс характеризуется своими особенностями и определенными закономерностями.

Существует несколько типов изопроцессов, включая изобарные, изохорные, изотермические, адиабатические и политропические процессы. Они играют важную роль в понимании и применении законов термодинамики.

Изопроцессы широко используются в промышленности и научных исследованиях. Например, изотермические процессы применяются в холодильных системах и при производстве жидких газов, а изохорные процессы —в многочисленных лабораторных экспериментах и разработке новых материалов.

Для удобства анализа и сравнения различных изопроцессов часто используются диаграммы, такие как диаграмма П-В (давление-объем) и диаграмма Т-С (температура-энтропия). На этих диаграммах можно наглядно представить изменение параметров системы в процессе перехода от одного состояния к другому.

Изопроцессы являются важным инструментом для понимания и изучения работы систем в различных условиях. Они помогают ученым и инженерам разрабатывать новые технологии, улучшать существующие процессы и повышать эффективность различных систем и устройств.

Примеры изопроцессов

Изопроцессы – это процессы, в которых внутренняя энергия газа не меняется. Это означает, что при таких процессах не происходит ни обмена теплом с окружающей средой, ни совершения работы над газом, а также отсутствует изменение его температуры.

Ниже приведены некоторые примеры изопроцессов:

1. Изохорный процесс: В изохорном процессе объем газа остается постоянным. Например, можно представить себе газ в герметичной камере, когда его объем не меняется. При таком процессе внутренняя энергия газа может изменяться только за счет обмена теплом или работы над газом.

2. Изобарный процесс: В изобарном процессе давление газа остается постоянным. Например, газ в цилиндре, в котором поддерживается постоянное давление, может претерпевать изменение объема и температуры.

3. Изотермический процесс: В изотермическом процессе температура газа остается постоянной. Например, газ в закрытом термостатическом контейнере может изменять свой объем и давление, но его температура будет оставаться неизменной.

4. Адиабатический процесс: В адиабатическом процессе отсутствует обмен теплом с окружающей средой. Например, расширение или сжатие газа в хорошо изолированном контейнере может привести к изменению его давления и температуры.

Это лишь некоторые примеры изопроцессов, которые широко используются в физике и технике. Изучение изопроцессов позволяет лучше понять термодинамические свойства газов и их взаимодействие с окружающей средой.

Классификация изопроцессов

Изопроцессы можно классифицировать по различным признакам:

1. Подвижность вещества:

а) Газообразные изопроцессы — процессы, в которых вещество находится в газообразной фазе. Примерами таких процессов являются изохорные процессы (при постоянном объеме) и изобарные процессы (при постоянном давлении).

б) Жидкостные изопроцессы — процессы, в которых вещество находится в жидкостной фазе. Примерами таких процессов являются изотермические процессы (при постоянной температуре) и изохорно-изобарные процессы (при постоянном объеме и давлении).

в) Твердотельные изопроцессы — процессы, в которых вещество находится в твердом состоянии. Примерами таких процессов являются адиабатические процессы (при отсутствии теплообмена с окружающей средой) и изотермические процессы (при постоянной температуре).

2. Условия процесса:

а) Изотермические изопроцессы — процессы, в которых температура остается постоянной. В таких процессах изменение давления или объема вещества компенсируется изменением других параметров, чтобы поддерживать постоянную температуру.

б) Адиабатические изопроцессы — процессы, в которых отсутствует теплообмен с окружающей средой. В таких процессах изменение давления или объема вещества приводит к изменению его температуры без обмена теплом с окружающей средой.

в) Изохорно-изобарные изопроцессы — процессы, в которых одновременно изменяются объем и давление вещества, при этом поддерживается постоянная температура.

3. Вид работы:

а) Изотермическая работа — работа, выполняемая при изотермическом изменении состояния вещества. В таких процессах изменение давления или объема компенсируется изменением других параметров, чтобы поддерживать постоянную температуру.

б) Адиабатическая работа — работа, выполняемая при адиабатическом изменении состояния вещества. В таких процессах изменение давления или объема вещества приводит к изменению его температуры без обмена теплом с окружающей средой.

в) Изохорно-изобарная работа — работа, выполняемая при изменении объема и давления вещества при постоянной температуре.

Такая классификация позволяет лучше понять особенности и характеристики различных изопроцессов, а также определить их применение в различных областях науки и промышленности.

Изохорный процесс

Пусть идеальный одноатомный газ находится в цилиндрическом сосуде, закрытом неподвижным поршнем (V = const). Нагреем сосуд с газом. Объём газа остаётся практически постоянным (тепловым расширением сосуда пренебрегаем) (рис. 60), следовательно, работа силы давления газа А= 0. Тогда первый закон термодинамики примет вид(11.З)

Это означает, что всё передаваемое газу количество теплоты идёт на увеличение его внутренней энергии. При этом приращение внутренней энергии газа (рис. 61, а). А если газ при изохорном

процессе отдаёт количество теплоты, то его внутренняя энергия убывает:

(рис. 61, б).

Меры энергии и теплоёмкость

Когда нагреваете что-то, в зависимости от того, из чего оно сделано, нагревание занимает разное время. Предполагая, что мощность остаётся постоянной, но некоторым материалам требуется больше теплоты для повышения температуры на 1 К (1 К фактически равен 1 °С, они просто начинаются в другом месте), чем другим.

Деревянная ложка нагревается намного дольше, чем металлическая. Металл – хороший проводник тепла, а дерево – плохой проводник. Теплота, необходимая для нагрева 1 кг вещества на 1 К, называется удельной теплоёмкостью.

Формула, которую используем, чтобы найти, сколько теплоэнергии требуется, чтобы нагреть 1 кг вещества на 1 К, имеет вид: Q = mcΔT, где Q – теплоэнергия, m – масса, c – удельная теплоёмкость и ΔT – изменение температуры. Из уравнения получите ΔT = Q / (mc) и найдёте конечное температурное состояние материала.

Существуют в термодинамике различные меры энергии:

• Внутренняя энергия
• Свободная энергия Гельмгольца
• Энтальпия
• Свободная энергия Гиббса.

Энергетический баланс имеет значение в термодинамике. После изменений фаз (твёрдое тело – жидкость – газ), или их смеси (соли в воде, смесь различных растворителей), или превращение энергосилы (энтальпии плавления, испарения, сублимации), или переходных энтальпий в обратном направлении процесс не происходит. В случае превращения химического вещества тепло реакции или энтальпии реакции могут быть выделены или должны быть добавлены в обратном порядке.

Чтобы рассчитать теплоту реакции, которая выделяется при превращении веществ, сначала составляется соответствующее уравнение реакции с соответствующими стехиометрическими факторами. Стандартное образование отдельных веществ перечислены для 25 °C в таблицах. Сумма энтальпий продуктов складывается в соответствии со стехиометрическими коэффициентами, и из этого вычитаются энтальпии исходных материалов.

Энтальпия реакции или превращения, которая выделяется в окружающую среду во время химического превращения или изменения фазы, имеет отрицательный знак. Если для изменения фазы или химического превращения необходима подача теплоты из окружающей среды, то энтальпия имеет положительный знак.

Формируя полный дифференциал свободной энтальпии и последующую интеграцию, можно рассчитать, возможна ли химическая конверсия. Принцип действия масс является частным случаем баланса. Если разница в свободной энтальпии положительна, то реакция или фазовый переход невозможны.

В 1869 году М. Бертло верил, что возможны только химические превращения, при которых выделяется тепло. Между тем известны превращения и реакции, в которых не выделяется ни тепло реакции, ни тепло превращения. Это связано с энтропийным термином.

Примеры:

Когда глауберова соль растворяется в воде, раствор становится холоднее окружающей среды. Энтальпия положительна. Когда ледяной блок тает, требуется теплота для изменения фазы с твёрдого на жидкое. Температурный уровень воды не повышается, хотя теплота подаётся из окружающей среды. Беспорядок молекул больше в жидком состоянии, чем в твёрдом состоянии.

Энтальпия реакции является положительной при превращении углерода и диоксида углерода в монооксид углерода. Реакция энтропии позволяет равновесию перейти в монооксид углерода при высоком подогреве.

Дополнительные процессы

На практических занятиях по физике проводятся опыты с адиабатным или адиабатическим процессом (изоэнтропийный), связанным с термодинамикой. В явлении нет теплообмена с внешней средой. Чтобы наблюдать за общим случаем всех вышеописанных процессов, используется газ постоянной теплоёмкостью. Явление называется политропическим.

Если давление и температура составных компонентов одинаково, при этом они взяты в равных объёмах, тогда в используемых идеальных газах содержится одно число молекул. На долю одного моля разных веществ приходится N A =6,02·10 23молекул. Это считается числом Авогадро.

По закону Дальтона, давление смеси равно сумме парциальных P, входящих в состав. Выражение записывается следующим образом: P cm=P1+P2+…Pn. Последний показатель Pn является давлением газа, который бы занимал весь объёмом сосуда.

Чаще в старших классах физике рассматриваются изохорические процессы, когда переходит идеальный газ из одного состояния в другое, при этом не изменяется его объёмом. Явление впервые рассмотрел француз Жак Шарль. Закон записывается следующим образом: PV=vRT. Так как v= const и V=const, поэтому для любых разных состояний веществ используется равенство: P1/T1=P2/T2=….Pn/Tn. Закон Шарля математически записывается так: P/T=const.

Из выражения следует, что между температурой и давлением наблюдается прямо пропорциональная связь. Если увеличивается P, тогда повышается T, и наоборот. График зависимости данных величин называется изохорой. На промежутке абсолютного нуля для кривых предусмотрена условная зависимость. Прямая доводится до начала координат с помощью пунктирных линий.

Подобная зависимость T от P и V при изобарных и изохорных процессах определяет точность и эффективность измерения температуры газовыми термометрами. Первыми ученые открыли эти явления, которые считаются частными случаями уравнения состояния. Позже физики утвердили закон Клапейрона и Менделеева.

Если следовать хронологии, сначала изучались процессы, которые протекали при постоянной температуре, а затем при одном объеме. Последними рассматривались изобарические процессы. Редким и интересным явлением считается изоэнтропия, когда изменяется термодинамическая система при условии постоянной энтропии. Последнее записывается как S=const.

Трактовка понятий

Газ является одним из существующих агрегатных состояний вещества, для которого характерна слабая связь между компонентами и большая подвижность частиц. Последние передвигатся хаотично и свободно. При их столкновения изменяется характер движения.

Реальный газ считается высоко перегретым паром. Его свойства несколько отличаются от идеального компонента. В термодинамики различаются два состояния:

• насыщенные пары либо системы с двумя фазами;
• перегретые пары либо однофазовые системы.

Газы, как и жидкости, обладают текучестью. Они хорошо сопротивляются деформации. В отличие от воды, газ не имеет фиксированного объёма. Он стремится заполнить весь сосуд. Изопроцессы в газах подчиняются законам, которые определяют зависимость между двумя параметрами вещества при постоянном значении третьего. Так как уравнение справедливо для любой смеси, поэтому формула изотермического процесса (ИЗ) выражается следующим образом: T=const.

Само понятие ИЗ трактуется как новое состояние вещества, которое протекает при неизменной температуре. Процесс соответствует закону Бойля — Мариотта: для газа определённой массы произведение объёма на давление постоянно, если не изменяется температура. Равенство отображается на графике изопроцессов с помощью гиперболы и координат. Отдельно отмечаются изотермы при разных значениях температуры. В последнем случае соблюдается неравенство: Т1 23 молекул. Это считается числом Авогадро.

По закону Дальтона, давление смеси равно сумме парциальных P, входящих в состав. Выражение записывается следующим образом: P cm=P1+P2+…Pn. Последний показатель Pn является давлением газа, который бы занимал весь объёмом сосуда.

Чаще в старших классах физике рассматриваются изохорические процессы, когда переходит идеальный газ из одного состояния в другое, при этом не изменяется его объёмом. Явление впервые рассмотрел француз Жак Шарль. Закон записывается следующим образом: PV=vRT. Так как v= const и V=const, поэтому для любых разных состояний веществ используется равенство: P1/T1=P2/T2=….Pn/Tn. Закон Шарля математически записывается так: P/T=const.

Из выражения следует, что между температурой и давлением наблюдается прямо пропорциональная связь. Если увеличивается P, тогда повышается T, и наоборот. График зависимости данных величин называется изохорой. На промежутке абсолютного нуля для кривых предусмотрена условная зависимость. Прямая доводится до начала координат с помощью пунктирных линий.

Подобная зависимость T от P и V при изобарных и изохорных процессах определяет точность и эффективность измерения температуры газовыми термометрами. Первыми ученые открыли эти явления, которые считаются частными случаями уравнения состояния. Позже физики утвердили закон Клапейрона и Менделеева.

Если следовать хронологии, сначала изучались процессы, которые протекали при постоянной температуре, а затем при одном объеме. Последними рассматривались изобарические процессы. Редким и интересным явлением считается изоэнтропия, когда изменяется термодинамическая система при условии постоянной энтропии. Последнее записывается как S=const.

• Что такое токсичность кратко

    

• Чему учат в школе рисунок

    

• Пояснительная записка к годовому плану доу по фгос

    

• Коллекция круп в детском саду как оформить

    

• Педагогические условия организации проектной деятельности в начальной школе

Закон для для изобарного процесса

Аналогично изобарным процессом называется термодинамический процесс, происходящий в системе при постоянном давлении и массе газа. Следовательно, в изобарном процессе (p = const) работа, совершаемая газом, выражается следующим уравнением первого закона термодинамики:

A = p (V2 – V1) = p ΔV.

Изобарный первый закон термодинамики дает:

Q = U (T2) – U (T1) + p (V2 – V1) = ΔU + p ΔV. При изобарном расширении Q > 0 – тепло поглощается газом, и газ совершает положительную работу. При изобарном сжатии Q < 0 – тепло отдается внешним телам. В этом случае A < 0. Температура газа при изобарном сжатии уменьшается, T2 < T1; внутренняя энергия убывает, ΔU < 0.

Квазистатический изопроцесс

Квазистатический изопроцесс — это изопроцесс, в котором система проходит через бесконечное количество промежуточных равновесных состояний. В процессе квазистатического изменения система медленно и постепенно приходит в новое равновесное состояние, сохраняя постоянство своих характеристик на каждом этапе.

В основе квазистатического изопроцесса лежит предположение о том, что система всегда находится в равновесии. Это предположение позволяет применять термодинамические законы и формулы, которые работают только для систем находящихся в равновесии. Таким образом, квазистатический изопроцесс является удобным инструментом для исследования и описания поведения системы в термодинамических процессах.

Характерной особенностью квазистатического изопроцесса является его медленное прохождение, в результате чего изменения происходят малыми шагами. Это позволяет системе максимально приблизиться к новому равновесию и позволяет выполнить постепенные измерения в процессе изменения системы.

Изопроцессы являются важным инструментом для термодинамики, так как они позволяют описывать изменения состояния системы и величины, связанные с этими изменениями. Квазистатический изопроцесс, благодаря своей медленной и поэтапной природе, обеспечивает точность измерений и позволяет проводить более детальные исследования системы.

В таблице ниже приведены основные характеристики квазистатического изопроцесса:

Характеристика	Значение
Скорость изменения	Медленная
Число промежуточных состояний	Бесконечное
Постоянство характеристик	На каждом этапе

Квазистатический изопроцесс широко применяется в различных областях, где важно детальное исследование системы, таких как термодинамика, физика и химия. Понимание квазистатического изопроцесса позволяет углубить знания о поведении системы и проводить точные измерения

Классификация изопроцессов

Изопроцесс — это процесс, при котором величины определенных характеристик системы остаются постоянными. Изопроцессы широко применяются в физике, химии и технике для описания изменений состояния системы при различных условиях.

Изопроцессы можно классифицировать по различным критериям, таким как тип работы, вида вещества и формы термодинамического процесса. Рассмотрим основные классы изопроцессов:

1. Изохорный процесс (изовольюметрический): при этом процессе объем системы остается постоянным. Это значит, что работа, совершаемая системой или совершаемая над системой, равна нулю. Примером изовольюметрического процесса может служить нагревание газа в жесткой емкости.
2. Изобарный процесс: в этом случае давление системы остается постоянным. В результате изменения объема происходит работа. Примерами изобарных процессов могут служить нагревание или охлаждение газа в барометрической колонке.
3. Изотермический процесс: при таком процессе температура системы остается постоянной. В результате изменения объема происходит работа. Примером изотермического процесса является изменение объема и давления идеального газа при постоянной температуре.
4. Адиабатический процесс: в этом случае у системы нет теплообмена с окружающей средой. При изменении объема происходит работа, не сопровождающаяся теплообменом. Примером адиабатического процесса может служить расширение или сжатие газа в изоляции.

Классификация изопроцессов позволяет более точно описывать и анализировать изменения состояния системы в различных условиях

Важно понимать, что каждый изопроцесс имеет свои особенности и может использоваться для различных целей и приложений

Примеры изопроцессов в технике

Изопроцессы широко применяются в технике для реализации различных задач и процессов. Они позволяют управлять физическими и химическими свойствами вещества, создавать определенные условия для производства и обработки материалов, а также обеспечивать качество и стабильность процесса. Ниже приведены несколько примеров изопроцессов, используемых в технике.

Изохорный процесс

Изохорный процесс представляет собой процесс, при котором объем вещества остается постоянным. Этот процесс применяется, например, для расширения металлических деталей методом нагрева или охлаждения. Путем изменения температуры удается контролировать размер и форму деталей, обеспечивая точность и качество изготовления. Также изохорные процессы могут использоваться при исследовании эластичности и плотности материалов.

Изотермический процесс

Изотермический процесс подразумевает поддержание постоянной температуры вещества в течение процесса. Он широко применяется в холодильной технике, где контроль температуры играет важную роль. Например, в холодильниках изотермический процесс обеспечивает поддержание желаемой температуры внутри, позволяя сохранять свежесть и качество продуктов

Также изотермические процессы могут использоваться при производстве и хранении различных химических веществ, где важно поддерживать определенные термодинамические условия

Изобарный процесс

Изобарный процесс представляет собой процесс, при котором давление вещества остается постоянным. Он применяется в технике, например, при газообразовании и сжижении газов. Путем поддержания постоянного давления удается контролировать передвижение частиц и обеспечить безопасное производство и использование газов. Также изобарные процессы могут использоваться в системах отопления и вентиляции, где поддержание определенного давления является важным фактором.

Изобарный процесс

Пусть газ находится в цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем, который может свободно или под постоянной нагрузкой перемещаться (рис. 64). Нагреем газ, передав ему некоторое количество теплоты (Q > 0). Согласно первому закону термодинамики (11.2) переданное газу количество теплоты частично расходуется на увеличение внутренней энергии ) системы и частично идёт на совершение работы силой давления газа при его расширении (A>0)(рис. 65, a):

При изобарном процессе работа расширения (сжатия) газа , и первый закон термодинамики принимает вид

(11.5)

При изобарном сжатии газа внешние силы совершают работу А’ > 0. Чтобы давление газа при этом оставалось постоянным, газ необходимо охлаждать, т. е. он должен отдавать в окружающую среду некоторое количество теплоты (Q

Удельная теплоёмкость вещества зависит не только от его свойств, но и от характера осуществления процесса теплопередачи. Действительно, из формулы (10.4) следует, что удельная теплоемкость

Тогда согласно первому закону термодинамики при изохорном процессе (11.3)

удельная теплоёмкость идеального газа а при изобарном (11.5) —

Таким образом, для одинакового увеличения температуры при изобарном нагревании единице массы газа необходимо передать большее количество теплоты, чем при изохорном нагревании, т. е.

Это объясняется тем, что при постоянном давлении часть подводимой энергии расходуется на совершение силой давления газа работы при расширении.

Расширение жидких и твёрдых тел при нагревании при постоянном давлении значительно меньше, чем газов, поэтому для них и их удельные теплоёмкости слабо зависят от характера процесса.