3.5 Адіабатний процес

Адіабатним називається процес, який протікає без обміну теплотою з оточуючим середовищем, тобто в тепло ізольованій системі.

Перше начало термодинаміки тоді набуває виду

,

Звідки

(7.17)

Отже, робота в теплоізольованій системі може бути виконана лише за рахунок зменшення внутрішньої енергії системи (показує знак -).

.

Знайдемо зв’язок між тиском Р, об’ємом V і температурою Т при адіабатному процесі.

Для нескінченно малих змін

Тоді для одного моля

(3.18)

Виключимо з останнього рівняння температуру Т. Для цього скористаємося рівнянням стану для 1 моля:

Продиференціюємо його по змінних Р, V i T.

.

Підставивши в (3.18) отримаємо:

. Спрощуючи отримуємо:

Розділяючи змінні після інтегрування

Потенціюючи знаходимо

(3.19)

Одержали рівняння адіабатного процесу, яке зв’язує тиск і об’єм (1-е рівняння Пуассона). Можна знайти зв’язок між температурою і об’ємом, а також між температурою і тиском, послідовно виключаючи відповідний параметр із рівняння Клапейрона-Менделеєва (2-е і 3-е рівняння Пуассона):

(3.20)

Графік адіабатного процесу в координатах P-V має вид гіперболи більш крутої, ніж ізотерма.

Це пов’язано з тим, що γ > 1.

4.1 Оборотні і необоротні процеси. Термодинамічні цикли

Процес - це перехід системи із одного стану в інший. Є рівноважні і не рівноважні, оборотні і необоротні процеси.

При рівноважному процесі зміна параметрів системи (тиску, температури і т.ін.) встигає за зміною зовнішніх умов. Це означає, що в момент припинення зміни зовнішніх умов зміна параметрів системи теж відразу припиняється. Це нескінченно повільні процеси. Термодинаміка рівноважних процесів інакше називається термостатикою.

При не рівноважному процесі після стабілізації зовнішніх умов параметри системи ще продовжують деякий час змінюватись. Це швидко текучі процеси. Наприклад, при швидкому стискуванні газу поршнем поблизу нього температура газу вища ( молекули відбиваються від нього з більшою швидкістю на подвоєну швидкість поршня, ніж падають), ніж в об’ємі. Тому після зупинки поршня температура продовжує змінюватись.

Оборотний – це такий процес, який можна провести в зворотному напрямку через ту ж саму сукупність станів системи, що і в прямому (див. рис. а). Якщо ж цього здійснити неможливо, процес називається необоротнім (див. рис. б).

Цикл – це замкнута сукупність процесів, при якій система, після ряду змін, повертається в свій початковий стан. Якщо всі процеси циклу оборотні, цикл теж оборотний. Якщо ж хоч один процес циклу не оборотний, цикл теж не оборотний.

Робота газу, яку він виконує за цикл, чисельно дорівнює площі, обмеженої циклом в координатах Р-V.