Адиабатный процесс

Адиабатным процессом называют такое изменение состояния системы, при котором она не отдает и не получает теплоты извне, т.е. процесс, проходящий без теплообмена с окружающей средой.

Для осуществления такого процесса сосуд с газом необходимо поместить в оболочку с очень хорошими теплоизоляционными свойствами. Идеальных адиабатических процессов не существует. Однако быстропротекающие процессы, как например, взрыв горючей смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, с большой долей вероятности можно считать адиабатным. Поскольку в адиабатном процессе не происходит передача теплоты, т.е. δQ = 0, 1-ый закон термодинамики для такого процесса будет иметь вид

dU + δA = 0, или δA = -dU

т.е. работа расширения газа может производиться только за счет изменения его внутренней энергии.

Адиабатное расширение газа (dV>0) сопровождается положительной внешней работой и при этом его внутренняя энергия уменьшается (dT<0) и газ охлаждается.

Охлаждение газа при адиабатном расширении используется в технике для получения низких температур, на этом основана работа холодильных машин.

Сжатие газа (dV<0) соответствует отрицательной работе внешних сил и увеличению внутренней энергии газа (dT>0), т.е. сопровождается нагреванием. Так при работе дизельного двигателя за счет быстрого сжатия воздуха температура возрастает примерно на 500 К и впрыскиваемое распыленное топливо воспламеняется.

Запишем уравнение 1-го закона термодинамики для 1 моля газа при адиабатном процессе и уравнение Менделеева-Клапейрона для 1 моля газа

PdV = -C_VdT; PV = RT. (1)

Разделим друг на друга обе части уравнений почленно откуда получим

Из уравнения Майера имеем R=C_P-C_V и

Тогда уравнение примет вид

Интегрируя это уравнение, получим

(2)

Умножим левую и правую части уравнения (2) на левую и, правую части выражения из (1), соответственно

Уравнение является уравнением адиабатного процесса, которое называют уравнением Пуассона.

называют показателем степени адиабаты.

Выражение для работы при адиабатическом расширении 1 моля газа будет иметь вид: δA = -C_VdT;

Считая C_V=const, получим

Используя уравнения Пуассона и Менделеева- Клапейрона можно получить выражение для работы через другие параметры