Работа в термодинамике.

Работа в термодинамике.

В термодинамике движение тела как целого не рассматривается и речь идет о перемещении частей макроскопического тела относительно друг друга. При совершении работы меняется объем тела, а его скорость остается раной нулю. Носкорости молекул тела меняются! Поэтому меняется температура тела. Причина в том, что при столкновении с движущимся поршнем (сжатие газа) кинетическая энергия молекул изменяется - поршень отдает часть своей механической энергии. При столкновении с удаляющимся поршнем (расширение) скорости молекул уменьшаются, газ охлаждается. При совершении работы в термодинамике меняется состояние макроскопических тел: их объем и температура.

 

 сила, действующая на газ со стороны поршня - сила, действующая на газ со стороны поршня.

А - работа внешних сил по сжатию газа.

сила, действующая на поршень со стороны газа- сила, действующая на поршень со стороны газа.

А' - работа газа по расширению.

= -  - по 3-ему з-ну Ньютона.

Следовательно: А= - А'

= pS, где p- давление, S - площадь поршня.

Если газ расширяется:

Δh=h2 - h1  - перемещение поршня. V1=Sh1; V2=Sh2.

перемещение поршня

Тогда: A'=F'Δh=pS(h2 - h1)=p(Sh2 - Sh1)=p(V2-V1)=pΔV

 

При расширении работа газа положительна. При сжатии - отрицательна. Таким образом: A' = pΔV     - работа газа

A= - pΔV  - работа внешних сил.

 

Используя уравнение Менделеева-Клапейрона, получим: уравнение Менделеева-Клапейрона

 

Эти выражения справедливы при очень малых (!) изменениях объема или при постоянном давлении (т.е. в изобарном процессе)

 

Физический смысл универсальной газовой постоянной.

Физический смысл универсальной газовой постоянной- универсальная газовая постоянная численно равна работе 1 моля идеального газа при изобарном нагревании на 1 К.

 

Геометрическое истолкование работы.

В изобарном процессе площадь под графиком в координатах p,V численно равна работе (вспомните - перемещение на графике скорости!).

В изобарном процессе площадь под графиком в координатах p,V численно равна работе

В общем случае надо процесс разбить на малые части и сосчитать элементарные работы, а затем их сложить (процесс интегрирования):В общем случае надо процесс разбить на малые части и сосчитать элементарные работы

Например, в изотермическом процессе в изотермическом процессе.

В общем случае надо процесс разбить на малые части и сосчитать элементарные работы

В изохорном процессе объем не меняется, следовательно, в изохорном процессе работа не совершается!

В адиабатном процессе адиабатном процессе.

 

Теги: