1.3. Адиабатный процесс

Если быстро сжимать газ или предоставить ему возможность быстро расширяться, причем изменение объема газа осуществлять без теплообмена с окружающей его средой, то такой процесс изменения состояния газа называется адиабатическим (адиабата).

При адиабатическом сжатии изменяется не только объем и давление газа, как при изотермическом процессе, но также изменяется и температура. Это изменение температуры газа происходит вследствие того, что за счет работы, затрачиваемой на сжатие газа, увеличивается его внутренняя энергия. Следовательно, уменьшение объема газа при адиабатическом сжатии должно повлечь за собой большее, чем при изотермическом сжатии, увеличение давления.

Примером адиабатного процесса может служить весьма быстрое расширение в атмосферу газа, помещенного в теплоизолированный сосуд, при быстром открывании крана. Адиабатный процесс должен происходить на столько быстро, чтобы не успел произойти теплообмен газа с атмосферы при открывании крана.

Согласно первому началу термодинамики, теплота сообщаемая расходуется на увеличение ее внутренней энергии и на совершение системой работы против внешних сил, то есть

dQ = dU +dA.

При адиабатическом процессе dQ= 0, следовательно,dA = -dU, то есть работа, совершаемая газом при расширении, осуществляется за счет уменьшения внутренней энергии вещества.

Адиабатический процесс подчиняется закону Пуассона

. (1.24)

. (1.25)

На рис. 1.2, на P – Vдиаграмме, сплошной линией изображена кривая, описывающая адиабатическое сжатие. На этом же рисунке пунктиром показана изотерма, соответствующая температуре газа в начальном состоянии.

Из рисунка видно, что адиабата идет круче, чем изотерма.

При помощи адиабатического процесса с той или иной степенью приближения можно рассматривать широкий круг практических задач. К их числу относятся следующие задачи:

• нахождение скорости распространения звука в газах;

• течение газа по входным устройствам компрессоров, турбинах и соплах реактивных двигателей и т. д.

В табл. 1.1 приведены сводные данные о характеристиках изопро­цес­сов в газах.

Таблица 1.1

Сводные данные о характеристиках изопроцессов в газах

Название процесса	Условия проте-кания про-цесса	Связь между парамет-рами в процессе	Работа в процессе	Кол-во теплоты, сообщенное в процессе	Изменение внутренней энергии	Теплоем-кость
Изохори-ческий	V = const	P/T= =const	dA=0; A=0	dQ=CvdT; Q=Cv(T2 – T1)	dU=dQ; U =Q
зобари-ческий	р = const	V/T= =const	dA=pdV; A=p(V2 – v1)	dQ=CpdT; Q=Cp(T2 – T1)	dU=CVdT; U=CV(T2 –T1)
Изотер- мический	Т = const	pV=const	dA=pdV;	dQ=dA; Q=A	dU=0; U=0	CТ=
Адиаба- тический	dQ = 0	pV= =const. pT/-1= =const. VT1/-1= =const	dA=pdV=-dU; A=-U= =Cv(T1 – T2)	dQ=0; Q=0	dU=-dA= =CvdT; U=-A= =CV(T2 –T1)	САД=0