ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Работа, производимая термодинамической системой
Понятие физической работы вводилось при изучении раздела <<механика>> (предлагаем вам вновь просмотреть соответствующий материал). В термодинамике состояние системы и работу, совершаемую системой принято выражать через термодинамические параметры. В данном разделе будет получено соответствующее выражение. Рассмотрим газ, заключенный в цилиндр с легко скользящим (без трения) поршнем (см. рис. 1.2). Пусть газ расширился, при этом поршень переместился вверх на величину dx. Элементарная работа газа при расширении равна: dA=F × dx, где F - сила давления на поршень. Выразим F через давление газа р и площадь поршня s: F=p × s. S
DV Dx
p, V
Рис. 2.1. Схема вычисления работы при расширении газа
Тогда dA = р × s dx, а учитывая, что s d=dV - приращение объема газа, получим: dA=p × dV. (2.1) Если dV >0, то и dA >0 и говорят, что работу совершает газ; если dV <0, то dA <0 и в этом случае работа совершается над газом, поскольку в последнем случае будет положительной работа внешних сил (по III закону Ньютона внешние силы равны силам давления газа, но имеют противоположное направление, поэтому их работа отличается знаком от работы газа). В частности, при изохорическом процессе, когда V=const, dV =0, элементарная работа dA =0. Это обстоятельство аналогично механической ситуации, когда при наличии силы тело покоится и, следовательно, не совершает работу. Изобразим процесс изменения объема газа графически в координатах {р,V}. Пусть начальное состояние газа соответствует точке 1 со значениями р1, V1, а конечное состояние - точке 2 со значениями р2, V2. Процесс графически можно представить кривой, соединяющей точки 1 и 2 (кривая а на рис. 2.2). Элементарная работа dA, определяемая формулой (2.1), равна площади заштрихованной площадки. Полная работа A1-2 равна сумме всех элементарных работ от точки 1 до точки 2 и может быть найдена путем вычисления интеграла: (2.2) и эквивалентна всей заштрихованной области, лежащей под кривой, изображающей процесс (в нашем случае 1-а-2). В случае обратного процесса 2-а-1 работа изображается той же площадью, но имеет противоположный знак (в этом случае dv отрицательно). Если бы газ переходил из состояния 1 в состояние 2 по кривой 1-b-2 (см. рис. 2.3), лежащей ниже кривой 1-a-2, то работа газа была бы меньше. Следовательно, работа, совершаемая газом в процессе перехода из одного состояния в другое, зависит от того, как именно, по какому пути, через какие промежуточные состояния совершился этот переход.
p
p1 p p2
V
V1 DV u2 Рис. 2.2. Работа системы при ходе процесса
Если газ совершил цикл 1-a-2-b-1, то несмотря на то, что система возвращается в исходное состояние, работа при этом круговом процессе не равна нулю: . Таким образом, работа, в отличие от внутренней энергии, не является функцией состояния системы и dA не может рассматриваться как полный дифференциал некоторой функции A. Для того, чтобы подчеркнуть это обстоятельство, в термодинамике элементарную работу изображают dA (в отличие от дифференциала внутренней энергии dU). p a
1 2
b
V
C D Рис. 2.3. Работа кругового процесса Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|