ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
Рис. 2.3.1
V
1
V
2
V
Рис. 2.3.2
2.2 Способы изменения внутренней энергии
Существуют только два способа изменения внутренней энергии тела. Первый способ заключается в
изменении температуры тела. Этого можно достичь либо нагревом, либо охлаждением этого тела. При
этом соответственно внутренняя энергия либо возрастет, либо уменьшится. Первый способ изменения
внутренней энергии тела связан с теплообменом.
Теплообмен – это процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения механиче-
ской работы.
Мерой передачи энергии посредством теплообмена служит количество теплоты.
Количество теплоты, получаемое телом – это энергия, передаваемая телу от других тел в про-
цессе теплообмена.
При нагревании тела увеличивается его температура и внутренняя энергия. При охлаждении тела
его температура и внутренняя энергия уменьшаются. За счет изменения внутренней энергии тела при
теплообмене не может совершаться механическая работа.
Второй способ изменения внутренней энергии тела заключается в совершении над телом механиче-
ской работы. При этом его температура и внутренняя энергия увеличиваются. В этом легко убедиться,
потерев руки друг о друга. Мы очень быстро ощущаем тепло. Можно, наоборот, дать возможность телу
совершить механическую работу. При этом его температура и внутренняя энергия уменьшатся.
2.3 Работа газа в изопроцессах
Внутреннюю энергию газа в механическую работу преобразуют тепловые машины. Первоначально
увеличивают внутреннюю энергию газа, сжигая то или иное топливо. Для преобразования внутренней
энергии газа в механическую работу хаотическое движение его молекул нужно превратить в упорядо-
ченное движение другого тела. Таким телом служит поршень в цилиндре (рис. 2.3.1). Поршень переме-
щается под давлением газа, заполняющего цилиндр. Сила давления газа совершает работу при его рас-
ширении за счет уменьшения внутренней энергии газа.
Вычислим работу расширения газа. Пусть
F
– сила давления газа на стенки цилиндра и поршень.
Будем считать, что в процессе расширения газа эта сила не изменяется. Предположим, что поршень пе-
реместился на высоту h , и обозначим площадь поршня S . Кроме того, будем считать поршень невесо-
мым, а его перемещение внутри цилиндра свободным. По определению механическая работа такого пе-
ремещения будет равна
Sh
S
F
FhA ==
o
0cos . (2.3.1)
Очевидно, что
12
VVVSh
−
=∆= , а p
S
F
=
. Поэтому получаем
)(
12
VVpA −
=
. (2.3.2)
Работа, совершаемая газом, равна произведению давления газа на изменение его
объема.
Формула (2.3.2) выполняется при условии постоянства давления. Если
давление изменяется, то выбирают такое изменение объема, при котором
давление практически остается неизменным. Из (2.3.2) следует, что
при расширении (
0>∆V ) газ совершает
положительную работу, при этом его
внутренняя энергия уменьшается. При
сжатии ( 0<
∆
V ) работа, совершаемая
газом, отрицательна, а его внутренняя энергия увеличивается.
При изобарном процессе 0=∆V и
работа газом не
совершается. Соответственно его внутренняя
энергия и температура остаются неизменными.
При изобарном расширении газа механи-ческая работа равна площади
прямоугольника (рис. 2.3.2) под
изобарой со сторонами p и
12
VV
−
.
Другими словами, работа изобарного расширения газа вычисляется по
формуле (2.3.2).
При изотермическом расширении газа его давление изменяется по
гиперболическому закону. Поэтому для вычисления работы расширения газа
от состояния 1 до состояния 2 (рис. 2.3.3) разобьем площадь под
1 2
1
2
0
Р
Р
1
2
0
V
1
∆
V V
2
V
Рис. 2.3.3
Р
2
Р
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- …
- следующая ›
- последняя »
