Первый закон термодинамики для изопроцессов

Изохорными называются процессы, протекающие при постоянном объёме. К таким процессам относятся нагревание или охлаждение газа в сосуде постоянного объёма: v=const. На рис.2 показан этот процесс.

Нагревание газа происходит при подведении к нему количества теплоты. Давление газа возрастает. Если тепло отводится, то газ охлаждается и давление уменьшается. В изохорном процессе вся подведённая теплота идёт на увеличение внутренней энергии газа и работа при этом не совершается.

Рис.2.Изохорный процесс.

Изотермическим процессом называется процесс, протекающий при постоянной температуре: T=const. На рис. 3 показан изотермический процесс. В изотермическом процессе расширения вся подведённая теплота расходуется на внешнюю работу. Для поддержания температуры газа постоянной к нему подводится дополнительное количество теплоты. При изотермическом процессе сжатия внешняя работа полностью превращается в теплоту.

Рис.3.Изотермический процесс.

Изобарными процессами называются процессы, протекающие при постоянном давлении: p=const.(рис.3)

Процесс расширения газа на диаграмме соответствует переходу из состояния 1 в состояние 2, а процесс сжатия – переходу из состояния 2 в состояние 1. Подведённое количество теплоты расходуется на увеличение его внутренней энергии и на совершение работы газом.

Рис.3.Изобарный процесс.

Работа газа в этом случае будет равна площади прямоугольника, основанием которого служит отрезок абсциссы v₂ – v₁, а высотой – отрезок ординаты p₁.

Адиабатным процессом называют процесс, протекающий без подвода и отвода теплоты. (рис.4)

Протекание адиабатного процесса без теплообмена с окружающей средой может осуществляться в цилиндре, который имеет идеально теплоизолированные стенки. Однако в природе не существует такой изоляции. Поэтому адиабатный процесс есть идеальный процесс и на практике осуществить его невозможно.

Рис.4.р-v диаграмма адиабатного процесса.

Кривая адиабатного процесса называется адиабатой. Она представляет собой неравнобокую гиперболу. При адиабатном расширении газа давление уменьшается интенсивнее, чем при расширении в изотермическом процессе. Адиабатное сжатие приводит к повышению температуры газа, что используется в дизельном двигателе.

Политропным процессом называется процесс, в котором могут изменяться одновременно все параметры газа (p, v, T), и между газом и окружающей средой осуществляется теплообмен.

Процессы в тепловых машинах, как правило, являются политропными.

Термодинамическая система может совершать работу только за счёт своей внутренней энергии или каких-либо внешних источников энергии, т.е. вечный двигатель первого рода невозможен (под вечным двигателем первого рода понимают машину, которая была бы способна производить работу не используя никакого источника энергии).