Понятие о термодинамическом процессе. Виды процессов (равновесные и неравновесные, обратимые и необратимые).

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС (или просто ПРОЦЕСС) – это переход системы (газа) из одного состояния в другое в результате ее взаимодействия с окружающей средой.

Напомним: КАЖДОЕ СОСТОЯНИЕ газа ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ тремя параметрами состояния: абсолютное давление (р), абсолютная температура (T) и удельный объем (v).

РАВНОВЕСНЫЕ И НЕРАВНОВЕСНЫЕ, а также

ОБРАТИМЫЕ И НЕОБРАТИМЫЕ ПРОЦЕССЫ

РАВНОВЕСНОЕ СОСТОЯНИЕ системы (газа) – это состояние системы (газа) при котором каждый из параметров состояния (р, v, T) имеет одинаковые значения во всех ее точках. В противном случае будет НЕРАВНОВЕСНОЕ СОСТОЯНИЕ.

В равновесном состоянии может находиться только ЗАМКНУТАЯ (ЗАКРЫТАЯ) СИСТЕМА, т.е. система, которая не обменивается веществом с окружающей средой.

Переход от неравновесного состояния к равновесному называется ВРЕМЕНЕМ РЕЛАКСАЦИИ.

РАВНОВЕСНЫЙ ПРОЦЕСС – это процесс, в котором система (газ) проходит через равновесные состояния. Если состояния неравновесны, то будет НЕРАВНОВЕСНЫЙ ПРОЦЕСС.

Все равновесные процессы являются ОБРАТИМЫМИ ПРОЦЕССАМИ, т.е. при протекании равновесного процесса в обратном направлении, система (газ) будет проходить в обратной последовательности те же равновесные состояния и приходить в исходное состояние. В противном случае мы имеем НЕОБРАТИМЫЙ ПРОЦЕСС.

Основные условия обратимости процесса:

- время перехода от одного равновесного состояния к другому больше времени релаксации (т.е. параметры успевают выравниться по всему объему);

- обмен теплотой между системой и окружающей средой происходит при бесконечно малой разности температур.

! В термодинамике рассматриваются обратимые процессы. Все реальные процессы необратимы.

Политропный процесс: уравнение процесса, формулы соотношения между параметрами, изменение энергетических составляющих, перераспределение энергии в процессе.

Политропным называется процесс при неизменной теплоемкости с.

При условии независимости изохорной теплоемкости от температуры в политропном процессе остается неизменным и распределение подведенной теплоты на изменение внутренней энергии рабочего тела и совершение работы:  const;  const; , где - коэффициент разветвления теплоты.

Характерные политропные процессы: изотермный (T=const),

адиабатный (), при условии  – изохорный (v=const) и изобарный (p=const).

Уравнения процессов

Политропный процесс:

; с учетом

;

;

;

;

 - уравнение процесса;                                 (3.1)

 - показатель политропы;                                 (3.2)

 - теплоемкость политропного процесса.   (3.3)

Частные случаи политропного процесса: изохорный, изобарный, изотермический, адиабатный процессы (уравнения процессов, формулы соотношения между параметрами, изменение энергетических составляющих, перераспределение энергии в процессах).

 

Изохорный процесс:

уравнение процесса получается из уравнения политропного процесса  или  при n= ± ¥;

теплоемкость процесса .

Изобарный процесс:

уравнение процесса получается из уравнения  при n=0; теплоемкость процесса .

Изотермический процесс:

уравнение процесса  или  получается из уравнения  при n=1; теплоемкость процесса .

Адиабатный процесс:

уравнение процесса получается из уравнения первого закона термодинамики при dq=0:

уравнение процесса .