ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Понятие о термодинамическом процессе из "Техническая термодинамика Изд.3 " Будем называть термодинамической системой совокупность материальных тел, взаимодействующих как между собой, так и с окружающей средой все другие материальные тела, находящиеся за пределами границ рассматриваемой системы, принято называть окружающей, или внешней, средой. [c.9] Если хотя бы один из параметров состояния меняется, то изменяется состояние системы, т. е. происходит термодинамический процесс, представляющий собой совокупность изменяющихся состояний рассматриваемой системы. [c.9] Все процессы, происходящие в термодинамической системе, можно разделить на равновесные и неравновесные. Равновесными называются процессы, представляющие собой непрерывную последовательность равновесных состояний системы (равновесное состояние системы подробно рассматривается в гл. 5 оно характеризуется, в частности, тем, что все части системы имеют одинаковую температуру и одинаковое давление). Неравновесным называется процесс, при протекании которого система не находится в состоянии равновесия (т. е. при протекании процесса различные части системы имеют различные температуры, давления, плотности, концентрации и т. д.). [c.9] Процесс, протекающий в системе, будет тем ближе к равновесному, чем меньше время выравнивания возмущений равновесного состояния системы, связанных с протеканием этого процесса, по сравнению с характерным временем процесса. [c.10] Поясним эти понятия следующим примером. Рассмотрим сосуд, разделенный выдвигающейся перегородкой на две части, в одной из которых находится газ под давлением, а в другой поддерживается вакуум. Если удалить эту перегородку, то в сосуде будет происходить процесс расширения сжатого газа в результате этого процесса газ займет весь объем сосуда и давление газа по всему объему сосуда выровняется. Этот процесс является типично неравновесным процессом в течение всего процесса давление газа в различных частях сосуда будет различным первыми начнут расширяться слои газа, расположенные вблизи перегородки, за ним — следующие слои и т. д. [c.10] например, осуществляется процесс сжатия газа, заключенного в цилиндре, с помощью поршня, на который действует внешнее давление, то для сжатия газа нужно, чтобы внешнее давление на поршень было несколько больше, чем давление газа в цилиндре. Объясняется это тем, что при движении поршня с конечной скоростью в первую очередь будут сжиматься те слои заключенного в цилиндре газа, которые расположены вблизи поршня следовательно, давление в этих слоях будет больше, чем среднее давление газа по всему объему цилиндра. Передача этого вызванного перемещением поршня изменения давления (или, как иногда говорят, возмущения) происходит не мгновенно, а с вполне конечной скоростью . Пока это возмущение распространяется по всему объему газа в цилиндре, поршень успевает переместиться на некоторое расстояние, давление газа у поршня вновь возрастает и т, д. Движению поршня будет противодействовать именно это повышенное давление — давление того слоя газа, который непосредственно соприкасается с поршнем. Таким образом, в течение процесса сжатия газа от исходного давления до конечного давление газа внутри цилиндра будет различным в различных частях объема, занимаемого газом, и, следовательно, процесс сжатия будет неравновесным равновесие отсутствует как внутри объема, занимаемого самим сжимаемым газом, так и во всей системе (сжимаемый газ — поршень — внешняя среда, действующая на поршень). Следует заметить также, что дополнительная разница между внешним давлением на поршень и давлением газа в цилиндре обусловлена тем, что поскольку при движении поршня слои сжимаемого в цилиндре газа также движутся с определенными скоростями, то требуется дополнительная сила, сообщающая слоям газа эти скорости (кинетическая энергия этих слоев газа расходуется на преодоление сил вязкого трения в самом газе и между газом и стенками цилиндра). [c.10] Из сказанного следует, что чем выше скорость протекания процесса, тем, как правило, большая неравномерность имеет место в системе при осуществлении этого процесса. В частности, в рассмотренном процессе сжатия газа в цилиндре различия в давлении газа в разных точках объема цилиндра и соответственно разность давлений по обе стороны поршня будут тем больше, чем выше скорость движения поршня. Если скорость перемещения поршня весьма мала, то и давления газа в различных точках объема цилиндра будут различаться весьма мало при этом необходимое избыточное давление с внешней стороны поршня также будет весьма мало. Иными словами, чем меньше скорость осуществления процесса, тем ближе этот процесс к равновесному. [c.10] Любой реальный процесс является в большей или меньшей степени неравновесным. Однако в принципе эта неравновесность может быть сделана сколь угодно малой в результате уменьшения скорости осуществления процесса. Таким образом, равновесный процесс является предельным случаем неравновесного процесса при стремлении скорости этого процесса к нулю поэтому равновесные процессы иногда называют квазистатическими. [c.10] В дальнейшем под словом процесс мы будем понимать равновесный процесс. В случае, когда будут рассматриваться неравновесные процессы, это будет специально оговариваться. [c.11] Если система состоит из чистого вещества, то ее состояния, как сказано выше, изображаются некоторой поверхностью в системе координат р, v, Т. Процесс перехода такой системы из состояния 1 (где вещество имеет параметры pi, и Ti) в состояние 2 (с параметрами р , и графически будет изображаться некоторой кривой 1-2 на поверхности состояния данного вещества (см. рис. 1-1, а). [c.11] Линия 1-2, изображающая изменение параметров в процессе, называется кривой процесса. Каждая точка кривой процесса характеризует равновесное состояние системы. Графически могут быть изображены лишь процессы, представляющие собой непрерывную последовательность равновесных состояний системы, т. е. равновесные процессы. [c.11] Понятно, что кривые процесса могут быть изображены и на плоских диаграммах состояния. На рис. 1-1, б, е и г изображены р, v-, р, Т- и v. Г-диаграммы, в которых спроектирована кривая процесса 1-2 с поверхности состояния на рис. 1-1, а. [c.11] Равновесный процесс, в течение которого температура системы сохраняется постоянной, называется изотермическим. Примером изотермического процесса может служить процесс кипения чистой воды в открытом сосуде до тех пор пока вся вода не выкипит из сосуда, температура воды остается практически постоянной (если атмосферное давление не меняется в процессе кипения). [c.11] Равновесный процесс, протекающий при постоянном давлении, называется изобарным. В качестве примера изобарного процесса можно привести нагрев воды, находящейся в открытом сосуде давление воды в этом случае остается постоянным и равным атмосферному давлению, тогда как температура воды растет и изменяется удельный вес воды. [c.11] Равновесный процесс, протекающий при постоянном объеме, называется и 3 о X о р н ы м. Пример изохорного процесса — нагрев воды в герметически закрытом сосуде. Объем сосуда в процессе нагрева сохраняется практически постоянным (если пренебречь некоторым расширением сосуда вследствие нагрева), тогда как температура воды в сосуде растет и давление воды увеличивается. [c.11] Равновесный процесс, в котором к термодинамической системе не подводится от окружающей среды (и не отводится в окружающую среду) тепло, называется адиабатным в нем отсутствует теплообмен между системой и окружающей средой. Чем меньше теплопроводность изоляции системы, тем в большей степени процесс приближается к адиабатному. [c.11] Кривая изотермического процесса называется изотермой, кривая изобарного процесса — изобарой, кривая изохорного процесса — изохорой, кривая адиабатного процесса — адиабатой. [c.11] В дальнейшем мы познакомимся с рядом других равновесных термодинамических процессов. [c.11] В XVII—XIX столетиях исследователями, изучавшими поведение газов при давлениях, близких к атмосферному, эмпирическим путем был установлен ряд важных закономерностей. [c.11] Вернуться к основной статье