Первый закон термодинамики устанавливает связь между теплотой, изменением внутренней энергии и механической работой. При этом количество теплоты, подведенной к рабочему телу, зависит от способа подвода теплоты или характера термодинамического процесса. Выделяют следующие методы подвода теплоты к рабочему телу:
- Изохорный V - const;
- Изобарный P - const;
- Изотермический T - const;
- Адиабатный Q - 0;
- Политропный С - const.
Исследование термодинамических процессов проводят по двум направлениям:
- Устанавливают закономерности изменений состояния газа;
определяют количество теплоты, подведенной к газу, изменение его внутренней энергии и работы, которую делает газ.
Изохорный процесс.
Изохорно называют процесс, протекающий при неизменном объеме рабочего тела, т.е. V = const. Примером изохорно процесса может служить нагрев или охлаждение газа в закрытом сосуде. Если изобразить этот процесс на Pv-диаграмме, то мы получим вертикальную прямую (рис. 1.7 а).
Точка 1 характеризует исходное состояние газа. Конечное состояние в случае нагрева характеризуется точкой 2, в случае охлаждения - точкой 2
Связь между конечными и начальными параметрами идеального газа в этом процессе выражается законом Шарля: при постоянном объеме давление газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре Работа расширения в изохорно процессе равна нулю, так как изменение объема равна нулю, т.е. L = 0.
Согласно первому закону термодинамики (1.50) и уравнению (1.46) теплоту изохорно процесса можно определить следующим образом:
dq = du +0 = Cv dT
На Ts-диаграмме это уравнение изображается логарифмической кривой, которая направлена выпуклостью к оси абсцисс (рис. 1.7 б). В процессе 1-2 энтропия возрастает, соответственно, теплота предоставляется газа, и он нагревается, в процессе 1-2 '- наоборот. Площадь под кривой процесса графически отображает количество теплоты q.
- Выявляют особенности преобразования энергии.
При изучении изменений состояния газа выводят уравнение процесса и устанавливают соотношение между параметрами состояния газа.