Что значит изотермическое расширение

Сжатие и расширение газов. Изотермический, адиабатический и политропный процессы.

Сжатие и расширение газов.

Изотермический, адиабатический и политропный процессы.

Связь между давлением и плотностью, при сжатии и расширении, зависит от процесса (приведены ниже).

• изотермический
• адиабатический (isentropic)
• политропический

Изотермическое сжатие/расширение газа

При изотермическом процессе, температура рабочей среды постоянна. Изотермический процесс можно выразить через уравнение идеального газа следующим образом

p = абсолютное давление

V = объем газа (м 3 , фут 3 . )

индекс₁ относится к начальному состоянию рабочей среды, а индекс ₂ к конечному

Адиабатический (Isentropic) процесс

В адиабатическом процессе объем остается постоянным . Адиабатический процесс можно выразить через уравнение идеального газа следующим образом

k = c_p / c_v — отношение удельной теплоемкости (показатель адиабаты) — c_p -, при постоянном давлении к удельной теплоёмкости — c_v—, при постоянном объеме.

Политропическое сжатие/расширение

Изотермический процесс должен протекать довольно медленно, чтобы сохранить температуру рабочей среды постоянной. А адиабатический процесс должен происходить быстро, без выбросов всякой энергии внутри/вне системы. На практике, многие процессы сжатия/расширения протекают в промежутке (быстрее изотермического и медленнее адиабатного). Их и называют политропическими (если удельная теплоемкость газа остается постоянной).

Политропический процесс можно выразить через уравнение идеального газа следующим образом

n = показатель политропы (варьируется от 1 до 1.4)

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Изотермическое расширение — идеальный газ

Изотермическое расширение идеального газа представляет собой один из примеров процесса, когда теплота полностью переходит в работу; на этот пример мы неоднократно ссылались ранее. [1]

Изотермическое расширение идеального газа — обратимое и против постоянного внешнего давления. [2]

Изотермическое расширение идеального газа является простой иллюстрацией процесса количественного превращения теплоты в работу. Работа, совершенная по отношению к окружающей среде, происходит за счет эквивалентного количества теплоты, полученной от окружающей среды. Однако этот процесс не может продолжаться после того, как давление в цилиндре достигнет наиболее низкого давления окружающей среды. Для того чтобы продолжить процесс, система должна вернуться к первоначальному состоянию. Но восстановление состояния потребовало бы по крайней мере такой же работы, как работа, полученная во время расширения; таким образом, эффективность изотермического расширения для получения только работы была бы сведена к нулю. [3]

Изотермическое расширение идеального газа представляет собой один из примеров процесса, когда теплота полностью переходит в работу. [4]

При изотермическом расширении идеального газа кинетическая энергия молекул газа поддерживается неизменной, и вся подводимая к газу теплота преобразуется описанным выше путем в работу расширения. [5]

При изотермическом расширении идеального газа его внутренняя энергия остается без изменения, а вся сообщаемая газу теплота полностью превращается в работу. Компенсацией этого превращения теплоты в работу здесь является увеличение объема газа. Если бы, не меняя температуры, вернуть, объем газа к начальному состоянию, то необходимо было бы затратить на сжатие газа работу в том же количестве, в котором работа была получена, причем обратно выделилось бы то же количество теплоты. [6]

В процессе изотермического расширения идеального газа из теплового источника поступает Q кал теплоты. Газ расширяется необратимо, совершая 10 % максимальной работы. [7]

Максимальная работа изотермического расширения идеального газа от давления р до давления pi и от объема V до объема V % определяется с помощью ур. [8]

В процессе изотермического расширения идеального газа из теплового источника поступает Q кал теплоты. Газ расширяется необратимо, совершая 10 % максимальной работы. [9]

В процессе изотермического расширения идеального газа из теплового источника поступает Q кал теплоты. Газ расширяется необратимо, совершая 10 % максимальной работы. [10]

Максимальная работа изотермического расширения идеального газа от давления PJ до давления р2 и от объема Vj до объема V2 определяется с помощью ур. [11]

Максимальная работа изотермического расширения идеального газа от давления р до давления рч и объема V до объема Vz определяется с помощью ур. [13]

Хотя при изотермическом расширении идеального газа работа целиком совпадает с полученным количеством теплоты ( см. § 27.6), это не ведет к убыванию энтропии системы. Дело в том, что параллельно идет процесс расширения газа, сопровождающийся ростом энтропии. Этот компенсирующий процесс и снимает запрет, налагаемый вторым началом. [14]

Хотя при изотермическом расширении идеального газа работа целиком совпадает с полученным количеством теплоты ( см. § 27.6), это не ведет к убыванию энтропии системы. Дело в том, что параллельно идет процесс расширения газа, сопровождающийся ростом энтропии. Этот компенсирующий процесс и снимает запрет, налагаемый вторым началом. [15]

Источник

Блог об энергетике

энергетика простыми словами

Основные термодинамические процессы

Основными процессами в термодинамике являются:

• изохорный, протекающий при постоянном объеме;
• изобарный, протекающий при постоянном давлении;
• изотермический, происходящий при постоянной температуре;
• адиабатный, при котором теплообмен с окружающей средой отсутствует;
• политропный, удовлетворяющий уравнению pv n = const.

Изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы являются частными случаями политропного процесса.

При исследовании термодинамических процессов определяют:

• уравнение процесса в p—v иT—s координатах;
• связь между параметрами состояния газа;
• изменение внутренней энергии;
• величину внешней работы;
• количество подведенной теплоты на осуществление процесса или количество отведенной теплоты.

Изохорный процесс

При изохорном процессе выполняется условие v = const.

Из уравнения состояния идеального газа (pv = RT) следует:

т. е. давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре:

Работа расширения в изохорном процессе равна нулю (l = 0), так как объем рабочего тела не меняется (Δv = const).

Количество теплоты, подведенной к рабочему телу в процессе 1-2 при c_v = const определяется по формуле:

Т. к.l = 0, то на основании первого закона термодинамики Δu = q, а значит изменение внутренней энергии можно определить по формуле:

Изменение энтропии в изохорном процессе определяется по формуле:

Изобарный процесс

Изобарным называется процесс, протекающий при постоянном давлении p = const. Из уравнения состояния идеального газа слуедует:

т. е. в изобарном процессе объем газа пропорционален его абсолютной температуре.

Работа будет равна:

Количество теплоты при c_p = const определяется по формуле:

Изменение энтропии будет равно:

Изотермический процесс

При изотермическом процессе температура рабочего тела остается постоянной T = const, следовательно:

т. е. давление и объем обратно пропорциональны друг другу, так что при изотермическом сжатии давление газа возрастает, а при расширении – снижается.

Работа процесса будет равна:

Так как температура остается неизменной, то и внутренняя энергия идеального газа в изотермическом процессе остается постоянной (Δu = 0) и вся подводимая к рабочему телу теплота полностью превращается в работу расширения:

При изотермическом сжатии от рабочего тела отводится теплота в количестве, равном затраченной на сжатие работе.

Изменение энтропии равно:

Адиабатный процесс

Адиабатным называется процесс изменения состояния газа, который происзодит без теплообмена с окружающей средой. Так как dq = 0, то уравнение первого закона термодинамики для адиабатного процесса будет иметь вид:

В адиабатном процессе работа расширения совершается только за счет расходования внутренней энергии газа, а при сжатии, происходящем за счет действия внешних сил, вся совершаемая ими работа идет на увеличение внутренней энергии газа.

Обозначим теплоемкость в адиабатном процессе через c_ад, и условие dq = 0 выразим следующим образом:

Это условие говорит о том, что теплоемкость в адиабатном процессе равна нулю (c_ад = 0).

и уравнение кривой адиабатного процесса (адиабаты) в p, v-диаграмме имеет вид:

В этом выражении k носит название показателя адиабаты (так же ее называют коэффициентом Пуассона).

k_{выхлопных газов ДВС} = 1,33

Из предыдущих формул следует:

Техническая работа адиабатного процесса (l_техн) равна разности энтальпий начала и конца процесса (i₁ – i₂).

Адиабатный процесс, происходящий без внутреннего трения в рабочем теле, называется изоэнтропийным. В T, s-диаграмме он изображается вертикальной линией.

Обычно реальные адиабатные процессы протекают при наличии внутреннего трения в рабочем теле, в результате чего всегда выделяется теплота, которая сообщается самому рабочему телу. В таком случае ds > 0, и процесс называется реальным адиабатным процессом.

Политропный процесс

Политропным называется процесс, который описывается уравнением:

Показатель политропы n может принимать любые значения в пределах от -∞ до +∞, но для данного процесса он является постоянной величиной.

Из уравнения политропного процесса и уравнения Клайперона можно получить выражение, устанавливающее связь между p, vи Tв любых двух точках на политропе:

Работа расширения газа в политропном процессе равна:

В случае идеального газа эту формулу можно преобразовать:

Количество подведенной или отведенной в процессе теплоты определяется с помощью первого закона термодинамики:

представляет собой теплоемкость идеального газа в политропном процессе.

При c_v, k и n = const c_n = const, поэтому политропный процесс иногда определят как процесс с постоянной теплоемкостью.

Политропный процесс имеет обобщающее значение, ибо охватывает всю совокупность основных термодинамических процессов.

Графическое представление политропа в p, v координатах в зависимости от показателя политропа n.

pv 0 = const (n = 0) – изобара;

pv = const (n = 1) – изотерма;

p 0 v = const, p 1/∞ v = const, pv ∞ = const – изохора;

n > 0 – гиперболические кривые,

n По материалам моего конспекта лекций по термодинамике и учебника «Основы энергетики». Автор Г. Ф. Быстрицкий. 2-е изд., испр. и доп. — М. :КНОРУС, 2011. — 352 с.

Источник

помогите с физикой (изопроцессы)!!

В: Что такое изобарное расширение?
О: При изобарном процессе давление не изменяется, расширение — обьем увеличивается, значит это увеличение обьема при неизменимом давлении (температура при этом также увеличивается) .

В: Что такое изобарное сжатие?
О: При изобарном процессе давление не изменяется, сжатие — обьем уменьшается, значит это уменьшение обьема при неизменимом давлении (температура при этом также уменьшается) .

В: Что такое изохорное расширение?
О: При изохорном процессе обьем не изменяется, сжатие — расширение — обьем увеличивается. Какой-то парадокс 🙁 Не знаю.

В: Что такое изохорное сжатие?
О: Аналогично предидущему.

В: Что такое изотермическое расширение?
О: Изотермический процесс — температура не меняется, расширение — обьем увеличивается, значит это увеличение обьема при неизменимой температуре (давление при этом уменьшается) .

В: Что такое изотермическое сжатие?
О: Изотермический процесс — температура не меняется, сжатие — обьем уменьшается, значит это умешьшение обьема при неизменимой температуре (давление при этом увеличивается) .

В: Что такое адиабатическое расширение?
О: Адиабатически процесс — это когда нету теплообмена с окружающей средой, расширение — обьем увеличивается.

В: Что такое адиабатическое сжатие?
О: Адиабатически процесс — это когда нету теплообмена с окружающей средой, сжатие — обьем уменьшается.

Источник

Читайте также:  Что значит быть бруталом