Термодинамический процесс. Работа процесса

Если давление, температура и удельный объём не меняются сколь угодно долго, то такое состояние тела (системы) называют равновесным.

В случае изменения хотя бы одного параметра изменяется состояние системы или, как говорят, происходит термодинамический процесс.

Таким образом, изменение состояния рабочего тела, при котором параметры состояния изменяются, а масса рабочего тела остаётся постоянной, называется термодинамическим процессом или просто процессом.

Исследование процессов в тепловых машинах связано с большими трудностями из-за ряда явлений сопровождающих их протекание (трение, теплообмен, возникновение вихрей за счёт больших скоростей процесса и т.д.).

Поэтому в термодинамике рассматривают упрощённые процессы, представляющие собой непрерывную последовательность равновесных состояний. При этом широко используются диаграммы, в частности р-

Рассмотрим процесс расширения газа в цилиндре. В идеальном случае (при отсутствии трения, теплообмена со средой, равновесности параметров по объёму цилиндра),  каждому малому изменению объёма будет соответствовать строго определённое изменение давления, а система перейдёт в новое равновесное состояние.

Таким образом, при перемещении поршня из положения «а» в положение «в» рабочее тело пройдёт через множество точек равновесного состояния от точки 1 до точки 2 и процесс на р -   диаграмме обозначится плавной линией 1-2.

Если мы теперь попытаемся сжать газ в цилиндре, передвинув поршень из положения «в» в положение «а», то очевидно, что процесс сжатия пройдёт в обратном направлении по линии 2-1.

Процессы после совершения, которых  сначала в прямом направлении, а затем в обратном вся термодинамическая система возвращается в своё первоначальное положение, называются обратимыми.

В реальных тепловых машинах существует трение, давление и температура по сечениям цилиндра не одинаковы и поэтому, состояние рабочего тела в термодинамическом процессе неравновесное и на диаграммах его линию построить невозможно.

Все реальные процессы необратимые.

 В термодинамике различают два вида работы: – термодинамическая работа - работа изменения объёма; – работа изменения давления - потенциальная или техническая работа.

 Если мы рассматриваем процесс в цилиндре, где рабочее тело неподвижно, а под действием каких-то внешних сил изменяет свой объём, то при этом рабочее тело или над рабочим телом совершается термодинамическая работа. Поршень в цилиндре находится под действием давления р₁ и газ занимает объём V₁. Из механики известно, что

                                   (1)

–термодинамическая работа [Дж];

 F– сила, действующая на поршень [н];

 s– ход поршня [м].

      

 f– площадь поршня;  

         s=(V₂-V₁)/f

Подставив полученные значения в формулу (1) получим

            

    

 Удельная термодинамическая работа – это работа, отнесённая к массе рабочего тела

(1.7)

Единица измерения удельной работы [Дж/кг].

 

 Работа перемещения рабочего тела из области одного давления в область другого давления под действием разности этих давлений называется работой изменения давления или потенциальной (технической) работой.

 W₁,₂=             (1.8)

   (1.9)                                  

>0 при <0 при   

Между термодинамической и потенциальной работами существует взаимосвязь

 

 

 .

 Для определения величины работы необходимо знать: – параметры в начале и в конце процесса;   – уравнение процесса    р=  

 

Это связано с тем, что работа в термодинамике зависит не только от начального и конечного состояния рабочего тела, но и от вида процесса 1-2. Из диаграммы видно, что работа процесса по линии 1-В-2 меньше чем работа по линии1-А-2