В механике работа, которая выполняется силой F, равна произведению значения этой силы на перемещение x и на косинус угла между ними: A = Fx cos alpha
Загрузка...
Тема:

Термодинамические величины

Термодинамическая работа. Работа газа

В механике работа, которая выполняет­ся силой F, равна произведению значения этой силы на перемещение x и на косинус угла между ними: A = Fx cos α.

Вычисление выполненной работы в тер­модинамике связывают с макропараметрами системы. Рассмотрим газ, находящийся в ци­линдре под поршнем площадью S (рис. 2.1, а).

Пусть на газ действует поршень, при­нуждая его сжиматься. Под действием силы поршень смещается вниз на высоту Δh = h2h1 (рис. 2.1, б), выполняя работу A = FΔh (направление действия силы совпа­дает с направлением перемещения, поэтому cos α = 1). Если перемещение поршня незна­чительное, то давление газа можно считать постоянным (p = const). Поршень будет дви­гаться до тех пор, пока не уравновесятся силы и F̅’, то есть согласно третьему закону Ньютона сила F по модулю должна равняться силе давления газа F’. Приняв во внимание, что F = pS, a SΔh = ΔV, получим:

A = pS(h2h1) = pAV.

Поскольку V2 < V1, следовательно, ΔV < 0, то работа внешних сил над газом будет равна:

A = —pΔV.

Рис. 2.1, а. Работа газа при уменьшении объема
Рис. 2.1, б. Работа газа при увеличении объема

Если под действием силы давления F’ газ расширяется (рис. 2.1, б), то есть сам выполняет работу A’ = pS(h2h1), то ее значение также равно pΔV. Вместе с тем в данном случае выполненная газом работа положительная, поскольку V2 > V1 и ΔV > 0:

Загрузка...

A’ = pΔV.

Работу газа можно вычислить по графику термодинамического процесса. Так, для изо­барного процесса (рис. 2.2) работа газа A’ = pΔV равна площади прямоугольника, ограниченного изобарой и осью ординат V, а также прямыми, отвечающими значениям объемов V1 и V2.

Для произвольных процессов на коор­динатной плоскости pV работу графически вычисляют таким же способом — находят площадь фигуры, ограниченную графиком процесса (изотермой), осью V и линиями, фиксирующими изменение объема. Напри­мер, для изотермического процесса, в ко­тором давление изменяется обратно про­порционально объему (рис. 2.3), площадь фигуры ABCD делят на небольшие участки и вычисляют площадь каждого из них. По­том складывают полученные результаты и оп­ределяют общую работу газа: A = A1 + A2 + …

При незначительных изменениях объема или постоянном давлении формулы работы A = —pΔV и A’ = pΔV справедливы не только для га­зов, но и для других термодинамических систем. Поскольку изменение объема при постоянном давлении сопровождается изме­нением температуры тела, то можно сделать вывод, что

выполнение работы в термодина­мике вызывает изменение состояния тела, так как изменяются его температура T и объем V. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Рис. 2.2. Графическое вычисление ра­боты газа для изобарного процесса
Рис. 2.3. Графическое вычисление ра­боты газа для изотермического процес­са
На этой странице материал по темам:
  • Термодинамическая работа изменения объема доклад

  • Механика кратко

Вопросы по этому материалу:
  • Как определяют работу в механике?

  • Почему работа газа и работа внешних сил над газом отличаются знаками?

  • Как можно вычислить работу по графику термодинамического процесса?

Материал с сайта http://WorldOfSchool.ru
Предыдущее Ещё по теме: Следующее
- Термодинамические процессы‎, явления и величины -