ВТОРАЯ. ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

ТЕПЛОТА И РАБОТА

Любой термодинамический процесс совершается за счет механического или теплового воздействия окружающей среды на рабочее тело (например, сжатие или расширение рабочего тела, подвод или отвод теплоты).

В первом случае происходит изменение объема рабочего тела и совершается механическая работа. Во втором случае количество энергии, передаваемое рабочему телу при теплообмене, называется теплотой процесса.

Таким образом, понятия «работа» и «теплота» представляют собой две формы передачи энергии; они определяют процесс изменения состояния системы и являются основными характеристиками термодинамических процессов.

Теплота, как любая энергия, выражается в Дж и обозначается Q. Работа также выражается в Дж и обозначается L.

Одним из фундаментальных законов природы является закон сохранения и превращения энергии, который гласит: энергия не исчезает и не возникает вновь, она лишь переходит из одного вида в другой в различных физических и химических процессах, или затрачивается на работу против внешних сил. Согласно этому закону при определенных условиях теплота и работа могут превращаться друг в друга в эквивалентных соотношениях:

где Q — количество теплоты, превращенное в работу; L — работа, полученная за счет теплоты; А — постоянная величина, называемая тепловым эквивалентом работы.

Тепловой эквивалент единицы работы — величина размерная и зависит от системы единиц, выбранных для измерения теплоты и работы. Если теплота и работа выражаются в одних единицах (джоулях), то эквивалент А = 1.

Элементарная работа вычисляется как произведение давления р на изменение объема do, вызванное этим давлением:

Соответственно полная работа расширения или сжатия в процессе будет:

Изобразим в координатах p-и какой-нибудь равновесный процесс расширения (рис. 2.1).

Начальное состояние газа (рис. 2.1) характеризуется точкой 1, конечное — точкой 2. Площадь под кривой процесса 1-2 в соответствии с (2.2) представляет собой работу газа в данном процессе.

Теперь осуществим два равновесных процесса 1а2 и 162 (рис. 2.2). В этих процессах начальные и конечные

Рис. 2.1

Термодинамический процесс в p-v координатах

Рис. 2.2

Термодинамические процессы в p-v координатах состояния газа одинаковы. Но площади под кривыми 1а2 и 1Ь2 разные, следовательно, и совершаемая в этих процессах работа не одинакова, т. е. работа зависит от пути перехода системы из одного состояния в другое.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >