Примена првог принципа термодинамике на изопроцесе у идеалном гасу

Преузми Word документ

При преласку гаса из једног стања у друго, промена унутрашње енергије зависи само од почетног и крајњег стања. Рад зависи од процеса којим гас прелази из једног стања у друго.

Примери:

иста су почетна и крајња стања – пошто промена унутрашње енергије зависи само од од почетног и крајњег стања – промена унутрашње енергије је иста
рад бројно једнак површини испод графика – рад није исти

Први принцип термодинамике:

Количина топлоте коју систем у неком процесу размени са околином једнака је збиру рада система и промене његове унутрашње енергије у том процесу.

Закључак:

Размењена количина топлоте зависи од врсте процеса којим гас прелази из једног стања у друго, а не само од почетног и крајњег стања.

Примена првог принципа термодинамике на изотермски процес

Изотермски процеси су процеси код којих је температура стална (T=const). При томе, производ притиска и запремине исте количине гаса на истој температури има сталну вредност ( $pV=const$ ).

Промена унутрашње енергије:

једноатомски идеални гас: $\triangle U=\frac{3}{2}n_{m}R \triangle T$

двоатомски идеални гас: $\triangle U=\frac{5}{2}n_{m}R \triangle T$

Пошто унутрашња енергија сталне количине идеалног гаса зависи само од температуре, при изотермским процесима је:

$U=const$ односно $\triangle U=0$

У том случају први принцип термодинамике има следећи облик:

$Q=\triangle U+A$ $\rightarrow$ $Q=A$

При изотермском процесу целокупна количина топлоте доведена гасу троши се само на вршење рада.

ако је Q>0 тада је A>0 – ако гас у изотермском процесу прима топлоту, гас се шири и врши рад
ако је Q<0 тада је A<0 – при изотермском сабијању гас отпушта топлоту, која је добијена радом спољашњих сила

При изотермском процесу тело може да прима топлоту а да се при том не загрева.

Изотермски процеси се у p-V дијаграму представљају изотермама. Извршени рад је бројно једнак површини испод криве.

Приликом вршења рада увек се мења запремина.

$\triangle V>0$ – гас врши рад (ширење гаса)
$\triangle V<0$ – рад се улаже споља (сабијање гаса)

Примена првог принципа термодинамике на изохорски процес

То је процес при коме запремина гаса остаје стална (V=const), а мењају се притисак и температура. Такав процес може да се оствари при загревању гаса у затвореном простору.

Пошто је $V=const$ , $\triangle V=0$ и $A=p\triangle V$ тада је $A=0$ , што значи да гас у овом процесу не врши механички рад. У овом случају први принцип термодинамике има следећи облик:

$Q=\triangle U+A$ $\rightarrow$ $Q=\triangle U$

Код изохорског процеса сва количина топлоте доведена гасу троши се на повећање његове унутрашње енергије.

ако је Q>0 тада је $\triangle U>0$ – ако гас у изохорском процесу прима топлоту, повећава му се унутрашња енергија, гас се загрева;
ако је Q<0 тада је $\triangle U>0$ – ако гас у изохорском процесу предаје топлоту, смањује му се унутрашња енергија, гас се хлади.

Примена првог принципа термодинамике на изобарски процес

То је процес при коме притисак гаса остаје сталан (p=const), а мењају се запремина и температура.

Пример: $V_{2}>V_{1}, T_{2}>T_{1}$

Рад силе притиска при ширењу идеалног гаса је:

$A=p\triangle V$

У току овог процеса мења се унутрашња енергија гаса, тако да у овом случају први принцип термодинамике има следећи облик:

$Q=\triangle U+A$

При изобарском процесу део топлоте коју гас размени са околином троши се на вршење рада, а део на промену унутрашње енергије.

ако се гас изобарски шири, онда је A>0 и $\triangle U>0$ – то значи да у овом процесу гас мора да прими топлоту (Q>0);
при изобарском сабијању A<0, гас се хлади $\triangle U>0$ , па је тада (Q<0) – то значи да гас предаје околини одговарајућу количину топлоте.

Први принцип термодинамике

Топлотни капацитети гасова

Физика

Примена првог принципа термодинамике на изопроцесе у идеалном гасу

Садржај

Часописи