Уважаемые пользователи! В связи с блокировкой Роскомнадзором хостингов Telegram наш сайт (как и некоторые другие сайты Интернета), а также оплата абонементов могут быть недоступны или работать некорректно для части пользователей. Просим всех столкнувшихся с проблемами обращаться по адресу info@interneturok.ru.
Классы
Предметы

Адиабатный процесс. Изопроцессы в термодинамике

Этот видеоурок доступен по абонементу
Подробнее об абонементе, платных и бесплатных уроках

У вас уже есть абонемент? Войти

Оплатить абонементот 75 руб. в месяц
У вас уже есть абонемент? Войти
Адиабатный процесс. Изопроцессы в термодинамике

На этом уроке мы будем работать с уже известными нам физическими понятиями, но в несколько иной области применения. А именно с изопроцессами в термодинамике. Мы рассмотрим, какие изменения в первый закон термодинамики (закон сохранения энергии в тепловых процессах) внесут протекания этих самых процессов при неизменном макроскопическом параметре газа. Также мы рассмотрим новый, ранее неизвестный процесс – адиабатный.

В ходе изучения темы «Основы молекулярно-кинетической теории» нами были рассмотрены так называемые изопроцессы, то есть процессы, протекающие при неизменном одном из макроскопических параметров(давлении, объёме или температуре). При подстановке этих данных в уравнение Клапейрона эти условия несколько видоизменяли его. Теперь же мы проделаем схожий анализ, но уже с первым законом термодинамики:

Рассмотрим случай протекания процесса при неизменной температуре:

Так как:

Следовательно:

А, значит, первый закон термодинамики приобретает вид:

Рассмотрев случай для выполнения над газом внешними силами положительной работы:

То есть, при изотермическом сжатии или расширении газ выделяет теплоту в окружающую среду.

Рассмотрим случай, когда процесс протекает при постоянном давлении:

Так как ни в одну термодинамическую величину не входит множитель , то никакое слагаемое первого закона термодинамики не обнуляется, и он сохраняет свой прежний вид:

Теперь рассмотрим, какие изменения произойдут в записи первого закона термодинамики, если процесс происходит в фиксированном объёме.

Так как:

 

Следовательно:

А значит, первый закон термодинамики приобретает вид:

 

То есть теряется смысл использования изохорных процессов в тепловых двигателях, ведь вся энергия сгораемого топлива пойдёт на изменение внутренней энергии, и газ не будет совершать полезной работы.

Существует также ещё один очень важный процесс – адиабатный.

Определение.Адиабатный процесс – процесс, протекающий в теплоизолированной системе. То есть без подвода газу или выделения газом теплоты.

Так как:

Первый закон термодинамики приобретает вид:

Или

То есть в результате выполнения над газом работы внешними силами его внутренняя энергия, а следовательно, и температура увеличивается, а при выполнении работы газом – уменьшается.

Наглядными примерами последних двух утверждений являются следующие опыты.

1. В закрытом подвижным поршнем цилиндре находится небольшое количество топлива. После быстрого нажатия на поршень топливо воспламеняется.

2. В закрытом пробкой с продетым шлангом насоса сосуде находится небольшое количество воды. После нагнетания в сосуд определенно количества воздуха, пробка быстро вылетает и в сосуде наблюдается туман (рис. 1).

Наглядные примеры адиабатных процессовНаглядные примеры адиабатных процессов

Рис. 1. Наглядные примеры адиабатных процессов (Источник)

В двух случаях газ выполняет разные по знаку работы, и, следовательно, изменение внутренней энергии и температуры имеет разные знаки. В обоих случаях делается акцент на быстром изменении объёма потому, что невозможно создать идеально изолированную систему, но если рассматривать очень скоротечный процесс, то тепло не успеет передаться, и процесс можно считать адиабатным.

График адиабатных процессов в координатах P-V выглядит следующим образом (рис. 2).

Рис. 2. График адиабатного процесса (Источник)

Начиная со следующего урока, мы переходим к изучению нового раздела физики – электростатики.

 

Список литературы

  1. Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Молекулярная физика. Термодинамика. – М.: Дрофа, 2010.
  2. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. – М.: Илекса, 2005.
  3. Касьянов В.А. Физика 10 класс. – М.: Дрофа, 2010.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Flash-fizika.narod.ru (Источник).
  2. Youtube.com (Источник).
  3. Nashaucheba.ru (Источник).  

 

Домашнее задание

  1. Стр. 82: № 635–639. Физика. Задачник. 10–11 классы.  Рымкевич А.П. – М.: Дрофа, 2013. (Источник)
  2. При адиабатном расширении 64 г кислорода, находящегося при нормальных условиях, температура увеличилась в 2 раза. Какую работу совершил газ?
  3. Определить количество теплоты, которое сообщено 2 кг гелия при постоянном объеме, если его температура повысилась на 100 К. На сколько изменилась внутренняя энергия газа и какая работа была совершена им?
  4. * Почему, если сбить вентиль баллона со сжатым воздухом, на горлышке баллона появится иней?