Вопрос №1. Изохорический процесс

Содержание лекции

На прошлых занятиях вы изучили первый закон термодинамики.

Сегодня будут изучены некоторые термодинамические процессы и методика их исследования.

В тепловых двигателях при их работе протекают разнообразные термодинамические процессы. Целью изучения этих процессов является установление закономерностей изменения параметров состояния и особенностей преобразования энергии в этих процессах. Знание указанных закономерностей имеет важное значение для понимания процессов, протекающих в элементах ГТД.

Термодинамическим процессом называется совокупность изменяющихся состояний термодинамической системы.

Равновесный термодинамический процесс - это непрерывная последовательность равновесных состояний.

Под равновесным состоянием понимается такое состояние газа, когда при отсутствии внешнего воздействия во всей массе газа имеются одинаковые параметры.

Рабочее тело - это то, посредством чего осуществляется преобразование теплоты в работу и обратно.

Термодинамические процессы, в которых теплоемкость газов остается неизменной, называются политропными процессами.

К основным процессам, имеющим большое значение, как для теоретических исследований, так и для практических работ в технике, относятся:

- изохорный;

- изобарный;

- изотермический;

- адиабатный.

Для всех процессов устанавливается общий метод исследования, который заключается в следующем:

1) На основании условий, определяющих процесс, находится его уравнение вида p = f (u).

2) Процесс изображается графически в координатах “p-u”.

3) Определяется зависимость между параметрами газа в процессе.

4) Определяется изменение внутренней энергии, теплота и работа.

5) Определяется распределение энергии в процессе (применяется первый закон термодинамики).

Рассмотрим каждый из выше названных процессов по указанной методике.

Изохорным процессом называется термодинамический процесс, который осуществляется при постоянном удельном объеме рабочего тела.

Условие протекания процесса u= const.

Осуществить изохорный процесс можно в цилиндре, под неподвижным поршнем которого находится газ. При подводе к газу теплоты она идет на увеличение кинетической энергии хаотического движения молекул газа, при этом увеличится температура газа и давление (увеличивается скорость молекул и частота их ударов о стенки. В соответствии с методикой исследования процессов, протекающих в газах, и определением изохорного процесса находим:

1) Уравнение процесса, имеет вид u= const или du = 0.

2) Определяется зависимость между параметрами газа в процессе.

Изохорный процесс — это термодинамический процесс, который происходит при постоянном объёме. Для осуществления изохорного процесса в газе или жидкости достаточно нагревать (охлаждать) вещество в сосуде, который не изменяет своего объёма.

Изохорный процесс описывает закон Шарля, который гласит: давление газа фиксированной массы и фиксированного объема прямо пропорционально абсолютной температуре газа.

Проще говоря, если температура газа увеличивается, то и его давление тоже увеличивается, если при этом масса и объём газа остаются неизменными. Закон имеет особенно простой математический вид, если температура измеряется по абсолютной шкале. Математически закон записывают так:

Рис. 1. Изохорный процесс в координатах p,V.

Рис. 2. Изохорные процессы в координатах p,T.