Термодинамические процессы

Термодинамические процессы

Термодинамические процессы, изопроцессы. Применение первого начала термодинамики к изопроцессов.

Под термодинамическим процессом (ТД-процессом) в дальнейшем будем понимать изменение состояния термодинамической системы со временем. Через то, что состояние ТД-системы описывают определенным набором макропараметров, появляется логический вывод, что во время ТД-процесса должны изменяться во времени параметры системы.

Обратными ТД-процессами называют такие процессы, которые в принципе могут протекать в прямом и в обратном направлении. Обратность ТД-процесса обеспечивается тем, что такой процесс являет собой некоторую последовательность равновесных состояний системы.

Поэтому обратный процесс и термодинамический процесс должен протекать бесконечно медленно, если бы каждый такое "мгновенное равновесное состояние" существовало достаточно долго для того, чтобы система могла считаться равновесной (то есть однородной и стационарной).

Требование стационарности равновесной системы (то есть требование неизменности ее макропараметров во времени) явно входит в противоречие с понятием ТД-процесса, во время которого хотя бы один из макропараметров должен изменяться. Следовательно, обычную термодинамику можно применять лишь к почти обратным, другими словами, достаточно медленных процессов. Тогда как абсолютно обратный процесс и термодинамические процессы  должен быть также и бесконечно (абсолютно) медленным, что, понятно, невозможно.

Среди разных ТД-процессов, характерных для идеального газа, выделяются так называемые изопроцессы, в которых один из макропараметров и все внешние параметры фиксируются. Таких процессов, понятно, может быть лишь три: изобарный, изохорический и изотермический. Рассмотрим их в обратной последовательности. Термодинамические процессы.

Изотермическим процессом будем называть процесс, который происходит при фиксированной температуре. Из определения внутренней энергии идеального газа как функции температуры и внешних параметров возникает, что при фиксированной температуре и внешних параметрах изменение внутренней энергии во время изотермического процесса равняется нулю.

Работа производится за счет полученного системой тепла. Уникальность изотермического процесса заключается в том, что все полученное тепло превращается в механическую работу, из-за того, что потери на изменение внутренней энергии отсутствуют.

То есть подведено в изохоричном процессе к системе тепло превращается в изменение внутренней энергии (идет на нагревание, или охлаждение системы, в зависимости от знака). Уникальность изохорного процесса заключается в том, которое получено системой тепло полностью тратится на изменение ее внутренней энергии, из-за того, что затраты на работу отсутствуют.

В отличие от двух предыдущих процессов, первый закон термодинамики для изобарного процесса записывается в общей форме. К изопроцессам можно прибавить еще один важный процесс, который получил название адиабатического. Адиабатический процесс происходит в системе, которая является теплоизолированной (не может обмениваться теплом с другими системами).