Презентация на тему «Основные термодинамические процессы идеальных газов»

Слайд 1

Основные термодинамические процессы идеальных газов

Введение

Слайд 2

Новый слайд

1\. Первый закон термодинамики

Основой изучения термодинамических процессов является первый закон термодинамики:

где   — количество теплоты, переданное газу,   — изменение его внутренней энергии,   — работа газа.

Внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры:

Для одноатомного идеального газа молярная теплоёмкость при постоянном объёме равна:

Работа газа при расширении или сжатии определяется выражением:

На диаграмме «давление — объём» работа газа численно равна площади под графиком процесса.

Слайд 3

Новый слайд

2\. Изохорный процесс

Изохорным называется процесс, происходящий при постоянном объёме:

Для такого процесса справедлив закон Шарля:

Это означает, что при постоянном объёме давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре.

Так как объём не изменяется, газ не совершает механической работы:

Первый закон термодинамики принимает вид:

Следовательно, всё количество теплоты, сообщённое газу, идёт на изменение его внутренней энергии.

При нагревании газа в изохорном процессе его давление увеличивается. При охлаждении давление уменьшается.

Пример: нагревание газа в герметично закрытом баллоне.

Слайд 4

Новый слайд

3\. Изобарный процесс

Изобарным называется процесс, происходящий при постоянном давлении:

Для него справедлив закон Гей-Люссака:

При постоянном давлении объём газа прямо пропорционален его абсолютной температуре. Если газ нагревать, он расширяется.

Работа газа при изобарном процессе равна:

Количество теплоты определяется формулой:

где   — молярная теплоёмкость газа при постоянном давлении.

Для идеального газа выполняется соотношение Майера:

При изобарном нагревании часть теплоты расходуется на увеличение внутренней энергии газа, а часть — на совершение работы по расширению.

Пример: нагревание газа под подвижным поршнем, на который действует постоянная нагрузка.

Слайд 5

Новый слайд

4\. Изотермический процесс

Изотермическим называется процесс, происходящий при постоянной температуре:

Для него справедлив закон Бойля–Мариотта:

или:

При изотермическом расширении объём газа увеличивается, а давление уменьшается. При сжатии объём уменьшается, а давление увеличивается.

Поскольку температура идеального газа не изменяется, его внутренняя энергия остаётся постоянной:

Согласно первому закону термодинамики:

Работа газа при изотермическом процессе равна:

Таким образом, всё количество теплоты, полученное газом, превращается в работу.

Пример: медленное расширение газа в цилиндре, помещённом в термостат.

Слайд 6

Новый слайд

5\. Адиабатный процесс

Адиабатным называется процесс, при котором газ не обменивается теплотой с окружающей средой:

Это возможно, если газ находится в теплоизолированной оболочке или процесс протекает очень быстро.

Первый закон термодинамики для адиабатного процесса имеет вид:

При расширении газ совершает работу за счёт своей внутренней энергии, поэтому его температура уменьшается. При сжатии внешние силы совершают работу над газом, и его температура повышается.

Для адиабатного процесса справедливо уравнение Пуассона:

где:

Для одноатомного газа показатель адиабаты равен:

Для двухатомного газа при обычных температурах:

Пример: быстрое расширение газа, работа холодильных установок и двигателей внутреннего сгорания.

Слайд 7

Новый слайд

6\. Политропный процесс

Политропным называется процесс, описываемый уравнением:

где   — показатель политропы.

Некоторые известные процессы являются частными случаями политропного:

• при   получается изобарный процесс;

• при   — изотермический процесс;

• при   — адиабатный процесс;

• при очень большом значении   процесс приближается к изохорному.

Политропные процессы широко применяются для описания реальных процессов в тепловых машинах и компрессорах.

Слайд 8

Новый слайд

7\. Сравнение основных процессов

Процесс Постоянная величина Уравнение процесса Особенность

Изохорный Объём Работа газа равна нулю

Изобарный Давление Газ изменяет объём при постоянном давлении

Изотермический Температура Внутренняя энергия не изменяется

Адиабатный Количество теплоты Газ не обменивается теплотой с окружающей средой

Слайд 9

Новый слайд

Заключение

Основные термодинамические процессы идеального газа отличаются тем, какая из величин — давление, объём, температура или количество теплоты — остаётся постоянной.

При изохорном процессе газ не совершает работы, при изобарном часть теплоты превращается в работу, при изотермическом вся полученная теплота расходуется на совершение работы, а при адиабатном процесс происходит без теплообмена с окружающей средой.

Изучение этих процессов имеет большое практическое значение. Они используются при анализе работы двигателей, холодильных машин, компрессоров, турбин и других тепловых устройств. Хотя реальные газы не являются абсолютно идеальными, модель идеального газа позволяет достаточно точно описывать многие физические процессы и проводить необходимые расчёты.