Работа газа

Рассмотрим идеальный газ, находящийся в цилиндре под поршнем площадью S (рис. 8.1). Газ действует на поршень с силой , под действием этой силы поршень смещается направо на малое расстояние Δx. Давление p газа при этом остается практически неизменным, сила давления F = pS тоже постоянна и совершает работу:

. (8.3)

Так рассчитывается работа газа в термодинамике. При расширении газа ΔV > 0, работа газа положительна; при сжатии газа ΔV < 0, работа газа отрицательна. В общем случае при переходе газа из некоторого начального состояния (1) в конечное состояние (2) работа газа выражается формулой:

(8.4)

или в пределе при ΔV_i → 0:

. (8.5)

Рис. 8.2. Работа газа при расширении

Рис. 8.3.

Работа численно равна площади под графиком процесса на диаграмме (p, V) (рис.8.2). Величина работы зависит от того, каким путем совершался переход из начального состояния в конечное. На рис. 8.3 изображены три различных процесса, переводящих газ из состояния (1) в состояние (2). Во всех трех случаях газ совершает различную работу.

Процессы, изображенные на рис. 8.3, можно провести и в обратном направлении; тогда работа A просто изменит знак на противоположный.

В отличие от газа, жидкости и твердые тела мало изменяют свой объем, так что во многих случаях работой, совершаемой при расширении или сжатии, можно пренебречь. Однако, внутренняя энергия жидких и твердых тел также может изменяться в результате совершения работы. При механической обработке деталей (например, при сверлении) они нагреваются. Это означает, что изменяется их внутренняя энергия.