Процесс при постоянном давлении

(изобарный процесс)

Изобарный процесс, например, может протекать в цилиндре под поршнем, который перемещается без трения так, что давление в цилиндре остается постоянным.

При изобарном процессе p=const, dp=0

Уравнение изобарного процесса получается при p=const из уравнения состояния:

– закон Гей-Люссака (*)

В процессе при p=const объем газа пропорционален температуре, то есть при расширении газа температура, а следовательно и внутренняя энергия, увеличивается, а при сжатии – уменьшается.

Изобразим процесс в pV, pT,VT – диаграммах.

 

В pV –диаграмме процессы при p=const изображаются прямыми, параллельными оси V. Площадь прямоугольника 12 дает в соответствующем масштабе работу газа l. В процессе 1-2 к газу подводится теплота, поскольку удельный объем увеличивается, а следовательно по уравнению (*) увеличивается температура. В обратном процессе 2-1 теплота отводится от газа, в результате уменьшается внутренняя энергия и температура газа, т.е. процесс 1-2– нагревание, а 2-1– охлаждение газа.

В VT – диаграмме изобары представляют собой прямые линии, выходящие из начала координат, с угловым коэффициентом .

В pT – диаграмме изобары представляют собой прямые, параллельные оси T.

Работа газа в изобарном процессе (p=const)

Поскольку, то

То есть если температура газа увеличивается, то работа положительна.

Располагаемая работа

,

поскольку , .

Изменение внутренней энергии газа, если

Количество теплоты, сообщенное газу при нагревании (или отдаваемое им при охлаждении), если

То есть теплота, подведенная к рабочему телу в изобарном процессе, идет на увеличение его энтальпии, т.е. в изобарном процессе является полным дифференциалом.

Уравнение первого закона термодинамики имеет вид

или

Доля теплоты, расходуемая на изменение внутренней энергии в изобарном процессе,

где k – показатель адиабаты.

Доля теплоты, расходуемая на выполнение работы при p=const,

В МКТ , n –число степеней свободы.

Тогда

Для одноатомного газа n=3 и тогда φ=0.6, ψ=0.4, то есть на выполнение внешней работы идет 40% сообщаемой газу теплоты, а 60% − на изменение внутренней энергии тела.

Для двухатомного газа n=5 и тогда φ=0.715, ψ=0.285, то есть на выполнение внешней работы идет ≈28,5% сообщаемой газу теплоты и 71,5% на изменение внутренней энергии.

Для трехатомного газа n=6 и тогда φ=0.75, ψ=0.25, то есть на выполнение внешней работы идет 25% теплоты (паровой двигатель).