ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Теплоемкость газа 3- 1. Внутренняя энергия идеального газа из "Техническая термодинамика Издание 6 " Аналогично повышение температуры окружающей среды вызовет повышение температуры газа, которое постепенно будет распространяться от периферии внутрь газа, и пройдет время, пока температура газа выравняется во всей массе газа с наружной и газ придет в новое равновесное состояние. Таким образом, переход газа из одного равновесного состояния в другое возможен, очевидно, только при временном нарушении равновесия, причем газ проходит через ряд неравновесных состояний. [c.51] Между тем, поскольку характеристическое уравнение действительно только для равновесных состояний газа, то, применяя его к процессу на всем его протяжении, мы тем самым устанавливаем, что процесс состоит из непрерывного ряда равновесных состояний. Противоречие устраняется, если обусловить, что из.менение давления и температуры внешней среды, а следовательно, и газа происходит бесконечно медленно, так что в каждый момент разности температур и давлений газа и внешней среды и тем более разности их в массе газа бесконечно малы при этом условии можно считать, что процесс есть непрерывный ряд равновесных состояний, и применять к нему на всем его протяжении характеристическое уравнение. Графическое изображение в координатной системе р о состояния в виде точки и процесса, в общем случае—в виде сплошной кривой, как мы это делали в предыдущем параграфе, возможно, очевидно, только при условии механического и термического равновесия, когда обеспечено равенство температуры и давления, а следовательно, и удельного объема во всей массе газа. Следовательно, только равновесные процессы могуг быть точно представлены графически графическое изображение неравновесных процессов, если к нему прибегают, по необходимости имеет условный характер. [c.51] Разбираемый процесс, очевидно, практически необра гим, потому что возвращение газа из конечного состояния в первоначальное, связанное с переходом газа из правого сосуда в левый, невозможно без затраты извне работы на сжатие, так как при прямом процессе внещней работы не производится. [c.53] Как видим, необратимость данного процесса связана с потерей внешней работы газ расширился до двойного объема, а внешней работы не произвел. [c.53] При отсутствии термического равновесия процесс тоже необратим. Действительно, если при прямом процессе тело отдает теплоту внешней среде, температура которой заметно ниже температуры тела, то обратный процесс, связанный с получением телом тепла извне, окажется возможным только в том случае, если температура среды будет поднята по крайней мере до температуры тела. [c.53] Третьим условием обратимости процесса является отсутствие трения при наличии трения процесс необратим, потому что если при расширении затрачивается работа на трение, превращающаяся в теплоту, то и при обратном процессе сжатия мы имеем такую же работу трения и переход ее в теплоту, т. е. совершенно однозначное явление. Понятно, что наличие трения связано с потерей внешней работы, вообще характерной для необра тимых процессов. [c.53] Обратимый процесс есть процесс идеальный сообщение и отвод тепла в действительных условиях всегда совершаются при конечной разности температур тел, участвующих в теплообмене, иногда довольно значительной механическое равновесие почти никогда не соблюдается, и мы имеем завихрения в рабочем теле наконец, всякое изменение объема неизбежно связано с трением. Поэтому все действительные процессы в земных условиях необратимы. [c.53] Работа трения н кинетическая энергия завихрений после их затухания переходят в эквивалентное количество тепла йд —АсИ,, а это последнее расходуется обычно на увеличение внутренней энергии тела. Таким образом, в результате необратимости процесса при том же количестве тепла (1д, сообщаемом телу, внешняя работа уменьшается на и на ту же величину увеличивается внутренняя энергия тела. [c.54] Так как полезная работа равна внешней работе или, точнее говоря, пропорциональна ей и так как увеличение внутренней энергии тела за счет необратимости процесса ие дает возможности получить в дальнейшем эквивалентную внешнюю работу, то всякая необратимость приводит к уменьшению полезной работы и понижает эффективность процесса преобразования тепла в работу. [c.54] Как уже сказано, все действительные процессы необратимы тем не менее в наших дальнейших исследованиях мы обычно будем рассматривать обратимые процессы, т. е. про цессы теоретические, поскольку они значительно проще необратимых кроме того, в ряде случаев отклонения действительных процессов от обратимых настолько малы, что при практических расчетах с ними можно не считаться. В тех же случаях, где необратимость процесса заметно изменяет его характер, она, конечно, будет приниматься во внимание. [c.54] Под числом степеней свободы молекулы понимают число движений, на которое может быть разложено движение молекулы, или число координат, определяющих положение молекулы в пространстве. [c.55] Молекула одноатомною газа, рассмагриваемая как ма териальная точка, имеет только поступательное движение, которое может быть разложено на три составляющие по каправлениям координатных осей. Положение такой молекулы определяется тремя координатами, т. е. для одноатомного газа число степеней свободы г—3. [c.56] Для трехатомной молекулы к составляющим дви.жени-ям двух атомов прибавляется вращательное движение третьего атома вокруг оси, проходящей через первый и второй атомы. Положение третьего атома устанавливается одной его координатой, так как две другие определяются координатами первого и второго атомов и неизменными расстояниями третьего атома от первого и второго (п и / г). Следовательно, трехатомная молекула имеет три степени свободы поступательного и три степени свободы вращательного движения, а всего для нее =6. [c.56] Что касается многоатомных молекул (с числом атомов более трех), то для них, очевидно, общее число степеней свободы то же, что и для трехатомной, потому что положение любого тела в пространстве определяется положением трех его точек, не лежащих на одной прямой, жестко связанных между собой движение же его может быть разложено на три поступательных и три вращательных. [c.56] Согласно уравнению (3-2) при 7 =0 и и = 0, т. е. при абсолютном нуле, тепловое молекулярное движение в идеальном газе прекращается таким образом, это уравнение дает величину внутренней энергии газа данной температуры относительно 0°К. Обычно, однако, ее определяют по отношению 0° С, принимая, следовательно, условно внутреннюю энергию газа при 0° С равной нулю, что вполне допустимо, поскольку при исследовании процессов и практических расчетах представляют интерес изменения внутренней энергии, а не ее абсолютные значения. [c.57] Вернуться к основной статье