Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
7 = 273,15+/ (см также VI 1.4.2°).
Температура T=OK (по шкале Цельсия — 273,150C) называется абсолютным нулем температуры (см. также II. 4.9.4°).
8°, В равновесном состоянии телаї
126 ОТДЕЛ II. ГЛ. 3. ЗАКОНЫ ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ
а) параметры его состояния равны соответствующим параметрам состояния внешней среды (11.3.2.2°),
б) параметры состояния р, v и T одинаковы во всех частях тела. Например, для газа, находящегося в равновесном состоянии, его давление и температура одинаковы во всех частях объема газа на одинаковых высотах.
9°. Между тремя основными параметрами состояния тела существует связь, называемая уравнением состояния. Оно записывается в форме функциональной зависимости между р, V и Т: f(p, о, T)=O. Это уравнение описывает только равновесные состояния тела.
Задача. Давление в газогенераторе (установке для получения газа) изменилось на 1,70•1O-2 атм. Как изменилась разность уровней воды в манометре, присоединенном к генератору?
Дано: А/?=1,70-10~2 атм=1,72-10' Н/м2, P = IO3 кг/м3 (из таблиц). Найти: Ah.
Решение: Давление вычисляется по формуле p=Fn!S, где Fn — сила, направленная нормально к поверхности 5. В данном случае сила Fn—сила тяжести столба воды, S — площадь сечения столба воды. Следовательно,
р = FnAS = mg/S.
Масса воды m=Vp, где V — объем воды в столбе высотою h,p — плотность воды, V=A S. Тогда
р = phSg/S = pgh, Ap = pi—р2 = pg (hi—A2), откуда
AA = A1-A2 = ^-, AA = ^g-MAO1ISM.
3.2. Термодинамические процессы
1°. Всякое изменение состояния тела (системы тел) называется термодинамическим процессом. В любом термодинамическом процессе изменяются параметры, определяющие состояние тела (системы тел). Например: при увеличении давления, оказываемого на газ, происходит уменьшение его объема; при повышении температуры металлического стержня он удлиняется и т. д.
2°. Равновесным (квазистатическим) процессом называется термодинамический процесс, при котором тело (система тел) проходит непрерывный ряд равновесных состоя-
3.2. термодинамические процессы
127
ний (11.3.1.3°). При равновесном процессе состояние тела должно изменяться бесконечно медленно. Это означает, что тело проходит через ряд бесконечно близких состояний равновесия с внешней средой.
Пример. Идеальный газ находится в цилиндре с подвижным поршнем (рис. П.3.1). Будем считать, что силой тяжести поршня и силой его трения о стенки цилиндра можно пренебречь. Пока поршень неподвижен, газ находится в состоянии равновесия с внешней средой. Если под действием внешней силы поршень медленно (со скоростью, много меньшей CKO- ^ ^???????/ роста звука в газе (IV.3.3.3°)) будет перемещаться вниз, то будет происходить процесс сжатия газа, который можно считать равновесным. При этом давление, температура и плотность газа во рИс. II.3.1 всех частях объема цилиндра будут одинаковыми и можно пренебречь распространением звука в газе.
При движении поршня с конечной скоростью под ним образуется область повышенного давления. Изменение давления в газе будет распространяться по всему объему газа со скоростью звука. Равенство давлений во всех частях объема газа нарушится, и при этом тем сильнее, чем больше скорость перемещения поршня. Состояния газа не будут равновесными, ибо будет нарушено условие равновесности состояний (11.3.1.8),
3°. Все реальные термодинамические процессы протекают с конечной скоростью и поэтому являются неравновесными. Лишь в отдельных случаях неравновесностыо реальных процессов можно пренебречь.
4°. Для изучения и сравнения различных термодинамических процессов их изображают графически (графическое изображение процессов, термодинамические диаграммы). Для графического описания процесса выбирается прямоугольная декартова двумерная система координат, по осям которой откладываются два изменяющихся параметра состояния, например давление р и удельный объем v {термодинамическая диаграмма р — v). Зависимость р от v (рис. II.3.2) изображает данный термодинамический процесс. Точки A1(Pi, V1) и A a (pi, V2) характеризуют начальное и конечное состояния тела. Третий параметр состояния, Т, в каждой точке термодинамического процесса определяется
128 отдел ii. гл. 3. законы идеальных ГАЗОВ
Рг
Ж
по уравнению состояния. Решение уравнения состояния тела (11.3.1.9°) относительно T позволяет найти зависимость Т—ф(р, v).
Pi
О
Рис. II.3.2
5°. Графически можно изображать только равновесные состояния и равновесные процессы. В случае неравновесных процессов нельзя говорить о параметрах состояния р, V и T всего тела, ибо нарушается условие б) равновесности
состояния (11.3.1.8°) и теряет смысл уравнение состояния тела.
3.3. Законы изопроцессов в идеальных газах. Уравнение состояния идеального газа
Г. Изопроцессами называются термодинамические процессы, протекающие в системе с неизменной массой при постоянном значении одного из параметров состояния системы.
Изохорическим (изохорным) процессом называется термодинамический процесс, протекающий при постоянном объёме системы (V=const).
Изобарическим (изобарным) называется процесс, при котором давление сохраняется постоянным (p=const).
