Экзаменационные ответы по физике))) гр.9491, 9492, 9494, 9495, 9496, 9497 Ос. Сем. 2009г (стр. 10 )

1. Изотермический процесс

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянной температуре называют изотермическим.

Если Т =const, то

Закон Бойля-Мариотта

Для данной массы газа произведение давления газа на его объем постоянно, если температура газа не меняется: p1V1=p2V2 при Т = const

График процесса, происходящего при постоянной температуре, называется изотермой.

2. Изобарный процесс

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном давлении называют изобарным.

Закон Гей-Люссака

Объем данной массы газа при постоянном давлении прямо пропорционален абсолютной температуре:

Если газ, имея объем V0 находится при нормальных условиях: а затем при постоянном давлении переходит в состояние с температурой Т и объемом V, то можно записать

Обозначив

получим V=V0T

Коэффициент называют температурным коэффициентом объемного расширения газов. График процесса, происходящего при постоянном давлении, называется изобарой.

3. Изохорный процесс

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объеме называют изохорным. Ecли V = const, то

Закон Шарля

Давление данной массы газа при постоянном объеме прямо пропорционально абсолютной температуре:

Если газ, имея объем V0,находится при нормальных условиях:

а затем, сохраняя объем, переходит в состояние с температурой Т и давлением р, то можно записать

График процесса, происходящего при постоянном объеме, называется изохорой.

30. Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона. Показатель адиабаты.

Адиабатический процесс — термодинамический процесс в макроскопической системе, при котором система не получает и не отдаёт тепловой энергии.

Адиабатический процесс является частным случаем политропного процесса. Адиабатические процессы обратимы, если их проводить достаточно медленно (квазистатически). В общем случае адиабатический процесс необратим.

Уравнение Пуассона

Для идеальных газов адиабата имеет простейший вид и определяется уравнением:

pVk = const  где:

p — давление газа, V — его объём, — показатель адиабаты, Cp и Cv — теплоёмкости газа соответственно при постоянном давлении и постоянном объёме.

При адиабатическом процессе показатель адиабаты равен
где R - универсальная газовая постоянная

С учётом уравнения состояния идеального газа уравнение адиабаты может быть преобразовано к виду: Tkp1 − k = const, где T — абсолютная температура газа.

Или к виду:  Tvk − 1 = const

Поскольку k всегда больше 1, из последнего уравнения следует, что при адиабатическом сжатии (т. е. при уменьшении V) газ нагревается (T возрастает), а при расширении — охлаждается, что всегда верно и для реальных газов.

31. Политропические процессы. Уравнение политропы идеального газа. Показатель политропы.

Политропический процесс.

Политропическими называют процессы, при которых теплоемкость тела остается постоянной. Таким образом, условие, которое выполняется в ходе политропического процесса заключается в том, что С=const.

Найдем уравнение политропы для идеального газа. Напишем уравнение первого начала термодинамики для одного моля газа. dQ=CdT

CdT=CvdT+pdV

В это уравнение входят все три параметра p, V, T. Один из них можно исключить с помощью уравнения состояния, и получим :

pdV+Vdp=RdT

Исключая из этих двух уравнений dT и производя приведение получим:

(C - Cv - R)pdV + (C - Cv)Vdp=0

Заменим  Cv + R на Сp и делим на pV

(С – Сp)

Так как С, Сp, Cv=const, интегрируем

(С – Сp)lnV

Делим на C - Cv

Уравнение политропы: pV^n=const

где n= - показатель политропы при политропическом процессе.

При n= это выражение равно нулю.

Процесс	N
Изобара	0
Изотерма	1
Адиабата
Изохора

32. Тепловые двигатели. К. п.д. теплового двигателя. Холодильный коэффицент. Различные формулировки второго начала термодинамики.

Тепловомй двимгатель — тепловая машина, превращающая тепло в механическую энергию. Использует зависимость теплового расширения вещества от температуры. Действие теплового двигателя подчиняется законам термодинамики. Для работы необходимо создать разность давлений по обе стороны поршня двигателя или лопастей турбины. Для работы двигателя обязательно наличие топлива. Это возможно при нагревании рабочего тела (газа), который совершает работу за счёт изменения своей внутренней энергии.

теплового двигателя рассчитывается как отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:
Часть теплоты при передаче неизбежно теряется, поэтому КПД двигателя менее 1. Максимально возможным КПД обладает двигатель Карно. КПД двигателя Карно зависит только от абсолютных температур нагревателя(TH) и холодильника(TX):

Холодильный коэффициент, безразмерная величина (обычно больше единицы), характеризующая энергетическую эффективность работы холодильной машины; равна отношению холодопроизводительности к количеству энергии (работе), затраченной в единицу времени на осуществление холодильного цикла. Определяется типом холодильного цикла, по котором у работает машина, совершенством её основных элементов и для одной и той же машины зависит от температурных условий её работы. Различают теоретический и реальный Холодильный коэффициент В частности, теоретический Холодильный коэффициент идеальной парокомпрессионной машины, работающей по обратному Карно циклу, не зависит от рода холодильного агента и определяется выражением eк = T0/(Т - Т0), где T0 и Т - абсолютные температуры охлаждаемого объекта и окружающей среды (кипения и конденсации хладагента). При заданной температуре окружающей среды Т на единицу полученного искусственного холода затрачивается тем большая энергия, чем ниже температура охлаждаемого объекта.

Формулировки второго закона термодинамики:

Постулат Клаузиуса: «Невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему»

Постулат Томсона: «Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара»

«Энтропия изолированной системы не может уменьшаться» (закон неубывания энтропии).

33. Цикл Карно. Первая теорема Карно. Вторая теорема Карно.

В качестве рабочего тела в цикле Карно рассматривается идеальный газ. Цикл Карно состоит из последовательных расширения и сжатия газа, причем каждый из процессов совершается сначала изотермически, а затем адиабатически. При прямом цикле тело по-прежнему сначала получает тепло, а затем отдает его. Достоинство цикла Карно состоит в том, что все процессы обратимы, и, следовательно, КПД такой машины будет максимальным.

1-2:  газ изотермически расширяется. Внутренняя энергия газа не изменяется, и количество полученного тепла Q1 равно работе А12.  .                        

  2-3: газ адиабатически расширяется.

  3‑4: изотермически сжимается, для чего охладителю должно быть отдано тепло Q2. Работа на участке 3‑4 равна ‑ Q2, причем .