Применение первого закона термодинамики к изопроцессам

Изохорический процесс. Поскольку объем газа при этом процессе не изменяется, то перемещение газа не происходит, его работа равна нулю: А-0. Поэтому в соответствии с равенством (65) имеет место только изменение внутренней энергии. Причем, если газу сообщается количество теплоты (Q> 0), то приращение внутренней энергии ли положительно, следовательно, внутренняя энергия и температура газа увеличиваются. Если же газ отдает тепло (Q< 0) при соприкосновении с менее нагретым телом, то приращение внутренней энергии ли отрицательно, соответственно внутренняя энергия и температура газа уменьшаются.

Изобарный процесс. В этом случае передаваемое газу количество теплоты от какого-либо тела идет как на изменение внутренней энергии, так и на работу газа. Значение работы газа А вычисляется по формуле (65). Приращение внутренней энергии тогда можно вычислить как разность количества теплоты Q и работы А.

Изотермический процесс. При изотермическом процессе, когда изменение температуры не происходит, внутренняя энергия не меняется, т. е. л ?/=(). Как следует из первого закона термодинамики, все сообщаемое газу количество теплоты идет на работу газа, которая имеет положительное значение: лА>0. Газ, следовательно, при этом будет расширяться, а работа внешних сил будет отрицательна.

Газ можно сжимать изотермически внешней силой. В этом случае работа газа — отрицательна (л А <0), следовательно, значение Q тоже отрицательно, т. е. в этом случае газ отдает тепло окружающей среде.

Адиабатный процесс. Это процесс, при котором теплообмен с окружающими телами отсутствует: Q = 0. Для этого газ должен быть теплоизолирован от окружающей среды с помощью теплоизоляционного материала.

Соотношение I начала термодинамики в данном случае принимает вид:

Отсюда следует, что при положительном значении работы А (газ расширяется) приращение внутренней энергии лСУ отрицательно (аСУ<0), т. е. работа газом производится за счет его внутренней энергии, температура газа при этом понижается.

Если же внешние силы превосходят силы давления газа, то происходит адиабатическое сжатие газа, его работа отрицательна А < 0. В этом случае приращение энергии л U положительно, как это следует из равенства (66), следовательно, внутренняя энергия и температура газа увеличиваются.

Близкими к адиабатным являются быстро протекающие процессы, когда за малый промежуток времени теплообмена практически не происходит. Так, при большой скорости истечения газа из баллона можно наблюдать весьма значительное охлаждение газа, а отсюда и стенок баллона, в который газ заключен.

Нагревание воздуха при быстром его сжатии используется в двигателе внутреннего сгорания, называемого дизельным (двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия). В конце сжатия воздуха его температура повышается до нескольких сот градусов, что достаточно для воспламенения впрыскиваемого в этот момент горючего. Таким образом, дизельный двигатель не нуждается в системе электрического зажигания (от искры), которое необходимо в двигателях, работающих на бензине.

Историческая справка. Дизель Рудольф (1858−1913) — немецкий инженер. В 1897 г. создал двигатель внутреннего сгорания, названный его именем.