23. Молекулярная физика Читать 0 мин.
23.231. Газовые циклы
При изменении объема газа, газ совершает работу.
При изобарическом процессе работа определяется как A = p∆V, где
A ― работа газа [Дж],
p ― давление газа [Па],
∆V ― изменение объема [м3].
Отсюда видно, что если объём газа не меняется, то есть ∆V = 0, то работа не совершается.
При расширении газа его работа положительна.
При сжатии газа работа отрицательна.
Работа, совершаемая газом, равна площади под графиком на PV диаграмме. На рисунке работа равна площади трапеции:
Внутренняя энергия идеального газа есть сумма кинетических энергий его частиц (энергией взаимодействия частиц пренебрегаем).
Внутренняя энергия идеального газа определяется формулой U = $\frac{3}{2}\; kT$ , где:
U ― внутренняя энергия [Дж],
T ― температура газа в Кельвинах [К],
k ― постоянная Больцмана, равная 1,38 10–23 [Дж/К].
Первое начало термодинамики представляет собой закон сохранения энергии, в применении к тепловым явлениям. Оно гласит, что тепло, полученное газом, идет на изменение внутренней энергии и совершение работы.
Q = ∆U + A, где
Q ― тепло, полученное газом [Дж],
∆U ― изменение внутренней энергии [Дж],
A ― работа газа [Дж].
Адиабатический процесс — термодинамический процесс, при котором система не обменивается теплотой с окружающим пространством.
В первом начале термодинамики при адиабатическом процессе необходимо положить Q = 0.
Коэффициент полезного действия (КПД) — отношение полезно использованной энергии газа, ко всей полученной энергии:
$\eta = \frac{Q_{H} - Q_{X}}{Q_H}$где
η ― коэффициент полезного действия, КПД,
QH ― количество теплоты, полученное от нагревателя [Дж],
QX ― количество теплоты, отданное холодильнику [Дж].
Цикл Карно — максимально возможный КПД любой тепловой машины.
КПД цикла Карно определяется температурами нагревателя и холодильника.
$\eta = \frac{T_H - T_X}{T_H}$ где
η ― коэффициент полезного действия , КПД,
ТН ― температура нагревателя [К],
ТХ ― температура холодильника [К].