У термодинаміки розглядається переміщення частинок макроскопічного тіла відносно один одного. При здійсненні роботи змінюється обсяг тіла. Швидкість самого тіла залишається рівною нулю, але швидкості

Мал. 1. A '= pΔV

молекул тіла змінюються! Тому змінюється і температура тіла. Причина в тому, що при зіткненні з рухомим поршнем (стиснення газу) кінетична енергія молекул змінюється - поршень віддає частину свого механічної енергії. При зіткненні з віддаляється поршнем (розширення) швидкості молекул зменшуються, газ охолоджується. При здійсненні роботи в термодинаміці змінюється стан макроскопічних тел: їх обсяг і температура.

Газ, що знаходиться в посудині під поршнем, діє на поршень з силою F '= pS, де p - тиск газу, S - площа поршня. Якщо при цьому поршень переміщається, то газ здійснює роботу. Припустимо, що газ розширюється при постійному тиску p. Тоді сила F ', з якої газ діє на поршень, також постійна. Нехай поршень перемістився на відстань Δx (рис.1). Робота газу дорівнює: A '= F' Δx = pSΔx = pΔV. - робота газу при изобарном розширенні. Якщо V1 і V2 - початковий і кінцевий обсяг газу, то для роботи газу маємо: A '= p (V2 - V1). При розширенні робота газу позитивна. При стисненні - негативна. Таким чином: A '= pΔV - робота газу. A = - pΔV - робота зовнішніх сил.

Робота т / д сист. при изобарном процесі

У изобарном процесі площа під графіком в координатах p, V чисельно дорівнює роботі (рис. 2). Зовнішня робота над системою дорівнює роботі системи, але з протилежним знаком А = - А '.

У Ізохоричний процесі обсяг не змінюється, отже, в Ізохоричний процесі робота не відбувається! A = 0

Будь-яке тіло (газ, рідина або тверде) має енергію, навіть якщо тіло не має швидкості і знаходиться на Землі. Ця енергія називається внутрішньої, обумовлена вона хаотичним (тепловим) рухом і взаємодією частинок, з яких складається тіло. Внутрішня енергія складається з кінетичної і потенційної енергії частинок поступального і коливального рухів мікрочастинок системи. Внутрішня енергія одноатомного ідеального газу визначається за формулою: Внутрішня енергія тіла може змінюватися тільки в результаті його взаємодії з іншими тілами. Існує два способи зміни внутрішньої енергії: теплопередача і вчинення механічної роботи (наприклад, нагрівання при терті або при стисненні, охолодження при розширенні).
Теплопередача - це зміна внутрішньої енергії без здійснення роботи: енергія передається від більш нагрітих тіл до менш нагрітих тіл. Теплопередача буває трьох видів: теплопровідність (безпосередній обмін енергією між хаотично рухаються частками взаємодіючих тіл або частин одного і того ж тіла); конвекція (перенесення енергії потоками рідини або газу) і випромінювання (перенесення енергії електромагнітними хвилями). Мірою переданої енергії при теплопередачі є кількість теплоти (Q).
Ці способи кількісно об'єднані в закон збереження енергії, який для теплових процесів читається так: зміна внутрішньої енергії замкнутої системи дорівнює сумі кількості теплоти, переданої системі, і роботи зовнішніх сил, досконалої над системою. , Де ΔU - зміна внутрішньої енергії, Q - кількість теплоти, передане системі, А - робота зовнішніх сил. Якщо система сама здійснює роботу, то її умовно позначають А '. Тоді закон збереження енергії для теплових процесів, який називається першим законом термодинаміки, можна записати так: (Кількість теплоти, передане системі, йде на вчинення системою роботи і зміна її внутрішньої енергії).
Розглянемо застосування першого закону термодинаміки до ізопроцессам, що відбувається з ідеальним газом.

В ізотермічному процесі температура постійна, отже, внутрішня енергія не змінюється. Тоді рівняння I закону термодинаміки набуде вигляду: Q = А ', т. Е. Кількість теплоти, передане системі, йде на здійснення роботи при ізотермічному розширенні, саме тому температура не змінюється.

У изобарном процесі газ розширюється і кількість теплоти, передане газу, йде на збільшення його внутрішньої енергії і на вчинення ним роботи: Q = ΔU + А '

При Ізохоричний процесі газ не змінює свого об'єму, отже, робота їм не відбувається, т. Е. А = 0. Рівняння I закону має вигляд Q = ΔU (передане кількість теплоти йде на збільшення внутрішньої енергії газу).

Адіабатних називають процес, що протікає без теплообміну з оточуючими тілами. Приклад теплоізольованого судини - термос. При адіабатні процесі Q = 0, отже, газ при розширенні здійснює роботу за рахунок зменшення його внутрішньої енергії, отже, газ охолоджується, А '= - Δ U. Якщо змусити газ зробити досить велику роботу, то охолодити його можна дуже сильно. Саме на цьому засновані методи зрідження газів. І навпаки, в процесі адиабатного стиснення буде А '<0, тому ΔU> 0: газ нагрівається. Адіабатне нагрівання повітря використовується в дизельних двигунах для запалення палива

Практично всі реальні процеси відбуваються з теплообміном: адиабатические процеси - це рідкісний виняток.

Наочні приклади адіабатних процесів:

1. У закритому пробкою з протягнуто шлангом насоса посудині знаходиться крапельки води. Після нагнітання в посудину безумовно кількості повітря, пробка швидко вилітає і в посудині спостерігається туман (рис.).
2. У закритому рухомим поршнем циліндрі знаходиться невелика кількість палива. Після швидкого натискання на поршень паливо запалюється.