Робота газу при рясному, ізотермічному та адіабатному процесах

Робота газу при рясному, ізотермічному та адіабатному процесах


В основі діяльності практично будь-якої теплової машини лежить таке термодинамічне явище, як робота, що здійснюється газом при розширенні або стисненні. Тут варто згадати, що у фізиці під роботою розуміється кількісний захід, що характеризує дію певної сили на тіло. Відповідно до цього робота газу, необхідною умовою для здійснення якої є зміна його обсягу, є не що інше, як твір тиску на цю зміну обсягу.


Робота газу при зміні його обсягу може носити як рясний, так і ізотермічний характер. Крім того, власне розширювальний процес може носити і довільний характер. Роботу газу, яка здійснюється при рясному розширенні, можна знайти за такою формулою:

A=pΔV,

в якій p - кількісна характеристика тиску газу, а ^ V - різниця між початковим і кінцевим обсягом.

Процес довільного розширення газу у фізиці зазвичай представляють як послідовність окремих рясних і ізохорних процесів. Останні характеризуються тим, що робота газу, як і її кількісні показники, дорівнює нулю, тому що переміщення поршня в циліндрі не відбувається. За таких умов виходить, що робота газу при довільному процесі буде змінюватися в прямій залежності від збільшення обсягу судини, в якому відбувається рух поршня.

Якщо порівнювати роботу, що здійснюється газом при розширенні і стисненні, то можна відзначити, що при розширенні напрямок вектора переміщення поршню збігається з вектором сили тиску цього самого газу, тому в скалярному численні робота газу позитивна, а зовнішніх сил - негативна. При стисненні газу із загальним напрямком переміщення циліндра збігається вже вектор зовнішніх сил, тому їх робота позитивна, а робота газу негативна.

Розгляд поняття «робота, що здійснюється газом» буде неповним, якщо не торкнутися також і адіабатних процесів. Під таким явищем у термодинаміці розуміється процес, коли відсутній теплообмін з будь-якими зовнішніми тілами.

Це можливо, наприклад, у тому випадку, коли посудина з працюючим поршнем забезпечена хорошою теплоізоляцією. Крім того, процеси стиснення або розширення газу можуть бути прирівняні до адіабатних у тому випадку, якщо час зміни обсягу газу набагато менше того тимчасового відрізку, за який настає теплова рівновага між навколишніми тілами і газом.

Найбільш часто зустрічається в повсякденному житті адіабатним процесом можна вважати роботу поршня в двигуні внутрішнього згоряння. Суть цього процесу полягає в наступному: як відомо з першого закону термодинаміки, зміна внутрішньої енергії газу буде в кількісному відношенні дорівнює роботі сил, спрямованих ззовні. Ця робота за своїм напрямком позитивна, тому і внутрішня енергія газу буде збільшуватися, а температура його самого підвищуватися. За таких вихідних умов зрозуміло, що при адіабатному розширенні робота газу буде відбуватися за рахунок зменшення його внутрішньої енергії, відповідно, температура в рамках цього процесу буде зменшуватися.