1. Работа процесса
Рассмотрим, используя систему координат р-v, где по оси ординат отложено давление р, а по оси абсцисс объем v, возможные процессы изменения состояния рабочего тела. Предположим, что в объеме А в цилиндре с подвижным поршнем находится 1 кг газа (рис. 3). В начале процесса, когда поршень находится в положении I-I, параметры газа будут рг, Тх и vx. Если давление с другой стороны поршня будет меньше рг, то поршень будет двигаться вправо, и при выравнивании давления займет положение 77-II. Объем А при этом увеличивается и происходит процесс расширения, характеризуемый кривой 1а"2; при этом рабочее тело совершает полезную работу против внешних сил. Если заставить поршень двигаться влево, то объем А будет уменьшаться и произойдет сжатие газа впроцессе 1а'2'. В этом случае затрачивается работа извне на сжатие газа до его состояния в точке 2', когда поршень займет положение II'-//'.
Рассмотрим процесс расширения 1а" для очень малого перемещения поршня на величину ASit при котором давление меняется настолько незначительно, что его можно принять постоянным и равным р{. Обозначив площадь поршня через F, можно записать, что совершаемая при этом элементарная работа M^p.FAS,. Произведение FASi = Avt. Тогда, как видно из рис. 3, величина A/i определяется площадкой, заштрихованной крест-накрест.Следовательно, совершаемая газом в процессе расширения 12 работа определяется суммой бесконечно большого числа бесконечно малых величин работы А^. Она эквивалентна площади, ограниченной кривой 12изменения давления, двумя крайними ординатами и отрезком аЪ на оси абсцисс, определяющим полное изменение объема при движении поршня от положения /-/ до положения II-//.Если в объеме слева от поршня находится G кг рабочего тела, то совершаемая работа L = Gl.В случае процесса 12' площадь 12'сЫ эквивалентна работе, затрачиваемой на сжатие рабочего тела.Заметим, что величина получаемой при расширении или затрачиваемой при сжатии работы зависит от того, как меняется давление в рассматриваемом процессе, т. е. зависит от характера его протекания. В то же время параметры, характеризующие состояние рабочего тела в конце процесса (точки 2и2г), не зависят от того, как протекал процесс (например, процесс 1а"2 или lb"2).2. Внутренняя энергия Согласно молекулярно-кинетической теории газов, рассматриваемой в курсе физики, известно, что молекулы газа находятся в поступательном и вращательном движении; атомы, составляющие молекулу газа, находятся в колебательном движении. Совокупность этих движений характеризует кинетическую энергию газа Ек. Кроме того, молекулы газа обладают также потенциальной энергией Еп, обусловленной силами сцепления молекул и колебаниями атомов.
Сумму кинетической и потенциальной энергий молекул и атомов газа называют внутренней энергией газа U = EK + En.Внутренняя энергия является однозначной функцией любых двух независимых параметров, определяющих состояние газа. Вследствие этого изменение внутренней энергии не зависит от характера протекания процесса, а зависит только от начальных и конечных его параметров.В круговых процессах (например, процесс 1а'2'Ъ'1), когда рабочее тело возвращается в первоначальное состояние, изменение внутренней энергии равно нулю.Опыты, проведенные с сильно разряженными газами, которые по своим свойствам соответствуют идеальным (опыты Джоуля) показали, что изменение внутренней энергии идеальных газов является функцией только температуры.Численно величину изменения внутренней энергии А£/ можно-определить, если рассматривать процесс происходящим при постоянном объеме. Поскольку в этом процессе газ работу не совершает, вся теплота идет только на изменение внутренней энергии.Для практических расчетов, где рассматриваются процессы при изменении температуры от tx до t2 (или от 7\ до Т2 )> принимая cv = const, получим изменение внутренней энергии 1 кг рабочего тела.
|
