В термодинамике выделяют несколько основных процессов. Термодинамическим процессом принято называть такое изменение общего состояния всей системы, когда в результате подобных трансформаций меняется полностью хотя бы один из ее основных параметров, его значение. Ими выступают:
Рисунок 1. Термодинамические процессы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
- температура;
- давление;
- объем.
Известно, что все термодинамические процессы имеют тесные связи друг с другом. При изменении хотя бы одного параметра может меняться в неизбежном режиме вся система. В общем смысле, любой термодинамический процесс можно представить в виде равновесной системы, которая балансирует на грани нарушения этого равновесия. Если вся система уже находится в равновесном состоянии, то это явление не предполагает наличия термодинамических процессов вовсе. В таких системах не фиксируются термодинамические процессы.
Хоть понятие равновесного состояния системы нельзя назвать четким, все же существуют некоторые законы его присутствия в реальном воплощении. Любые материальные вещи невозможно полностью изолировать от окружающего его мира, поэтому в любой реальной системе возможно протекание различных термодинамических процессов. Иногда подобные процессы протекают настолько слабо и медленно, что не всегда удается их зафиксировать в оптимальном выражении. Специалисты их устанавливают как цепь разнообразных равновесных состояний системы. Их еще могут называть равновесными процессами, а также квазистатическими процессами.
Круговыми процессами и циклическими процессами называют ряд последовательных повторяющихся изменений в системе. В итоге система после прохождения определенного отрезка пути возвращается в исходное состояние. Круговой и равновесный процесс возникает и изучается под видом прикладных приемов термодинамики физических явлений, а также они лежат в основании некоторых теоретических размышлений и выводов науки.
Сегодня выделяют несколько основных термодинамических процессов:
- изобарный;
- изохорный;
- адиабатический;
- адиабатный;
- политропный;
- изотермический.
Изобарный процесс
Рисунок 2. Изобарный процесс. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Изобарный процесс – это такой термодинамический процесс, который может протекать при постоянном давлении. Подобный процесс осуществляется, например, когда помещается газ в плотный цилиндр, где есть подвижный поршневой крючок.
На поршень действует постоянная внешняя сила. Она достигается при подводе или отводе теплоты к объекту. При этом сама подвижная часть поршня способна менять свое местоположение при изменении параметров температуры. От этого зависит направление движения поршня. Согласно закону Гей-Люссака, объем газа в нем меняется, исходя из уравнения закона. Из этого следует, что занимаемый объем газа может быть прямо пропорционален определенной температуре воздействия. Внутренняя энергия газов изменяется под действием температурного режима извне. Этим правилом характеризуется весь изобарный процесс в термодинамике.
Изохорный процесс
Рисунок 3. Изохорный процесс. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Изохорный процесс – термодинамический процесс, который заключается в протекании при постоянном объеме.
В качестве примера можно привести закрытый сосуд, куда помещен газ. При его нагревании возникают признаки изохорного процесса. При подводе особого температурного режима к изучаемому сосуду давление возрастает. Чем больше тепловой эффект, тем процесс становится более интенсивным. Подобные преобразования параметров газа в сосуде способен математическим методом описать закон Шарля.
Согласно его уравнению, давление газа на стенки сосуда будут прямо пропорциональными абсолютной температуре этого газа. Примечательно, что вся подведенная к сосуду теплота изменяет внутреннюю энергию газа, поэтому совершение работы не происходит изменение объема в сосуде при изохорном процессе равно нулевым значениям.
Адиабатный процесс
Рисунок 4. Адиабатный процесс. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Адиабатный процесс - такой термодинамический процесс, который может протекать без теплообмена рабочего тела и окружающей среды. В обычных условиях адиабатный процесс сложно представить и осуществить, так как подобное явление протекает только с телом, помещенное в сосуд. В роли сосуда может находиться цилиндр с работающим поршнем внутри. Весь сосуд должен быть окружен теплоизоляционным материалом высокого качества. Однако полностью изолировать рабочее тело не представляется возможным и теплоизолятор сильного действия не даст гарантии обмена теплотой с окружающей средой. В этом случае, возможно, предстоит создать лишь приблизительную модель адиабатного процесса, так как многие явления протекают очень быстро и принято рассматривать подобные модели с показателями по погрешности.
Изотермический процесс
Изотермический процесс – термодинамический процесс, который протекает при неизменной температуре. Его так же, как и адиабатный процесс осуществить с точностью очень сложно. Для этого необходимо соблюдение условий по расширению и сжатию рабочего газа при постоянной температуре. Также нужно, чтобы газы успевали обмениваться с окружающей средой без потери собственного температурного режима. Хорошо способен описать этот процесс закон Бойля-Мариотта.
Политропный процесс
Рисунок 5. Политропные процессы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Политропный процесс характеризуется иными свойствами термодинамических процессов. В отличие от вышеперечисленных процессов термодинамики политропный процесс предполагает возможность изменения любого параметра газа. В других процессах подобные параметры изменять нельзя. Иные термодинамические процессы принято считать частными случаями политропного процесса.
Общим уравнением политропного процесса является $pvn = const$. В этом уравнении $n$ – показатель политропы, которая является постоянной для данного процесса величиной. Она принимает различные значения - ∞ до + ∞.
Если придавать известной формуле определенные значения показателю политропы, то в качестве результата получаем определенный термодинамический процесс. В зависимости от этих представлений приходит итог по изотермическому, адиабатному, изохорному или изобарному процессу.
