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).
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.
Комментарий
Нет комментариев