Почему адиабата круче изотермы
Перейти к содержимому

Почему адиабата круче изотермы

  • автор:

Почему адиабата при расширении газа спадает круче чем изотерма?

Показатель адиабаты для любого из идеальных газов (постоянная адиабаты) всегда больше единицы, поэтому адиабата всегда круче изотермы. Связано это с температурой, ведь при адиабатическом процессе, в отличие от изотермического, падает температура газа, что быстрее уменьшает давление.

комментировать
в избранное ссылка отблагодарить
lady v [642K]
7 лет назад

Ответ кроется в сущности самого адиабатического процесса и уравнении Менделева-Клайперона. Это уравнение устанавливает зависимость между основными термодинамическими величинами для идеального газа — давлением, температурой, объемом:

Изотермический процесс происходит при постоянной температуре, а значит давление газа будет зависеть только от изменения объема. Меньше объем — выше давление и наоборот.

При адиабатическом процессе меняется и температура и объем, а потому давление зависит уже от двух величин. Причем давление прямо пропорционально температуре и обратно пропорционально объему. Уменьшается объем — растет температура и давление растет более резко, чем при изотермическом процессе.

Почему адиабата идет круче изотермы?

Адиабата и изотерма — два понятия, широко используемые в физике и химии при изучении процессов изменения состояния газов. Они описывают две разные траектории в графике, которые отражают изменения температуры и давления газа при адиабатическом и изотермическом процессах соответственно. В данной статье рассмотрим, почему адиабата считается более эффективной, чем изотерма.

Адиабатический процесс — это такой процесс изменения состояния газа, при котором нет теплообмена с окружающей средой. Таким образом, энергия в системе сохраняется, и работа, совершаемая газом, не превращается в тепло. В результате адиабатических процессов происходит изменение температуры и давления газа без изменения его внешней энергии.

Изотермический процесс, в свою очередь, подразумевает постоянную температуру газа во время процесса. В данном случае, при изменении давления, происходит обмен теплом с окружающей средой, чтобы поддерживать постоянную температуру. Изотерма описывает траекторию в графике, при котором изменение давления приводит к изменению объема газа.

Почему же адиабатические процессы считаются эффективнее, чем изотермические? Во-первых, адиабатические процессы могут быть более быстрыми, так как не требуют дополнительного времени для теплообмена с окружающей средой. Это может быть важно, например, в тех случаях, когда нужно быстро изменить состояние газа.

Преимущества адиабаты перед изотермой

  1. Более высокая эффективность: В отличие от изотермы, которая предполагает постоянную температуру, адиабата позволяет изменяться температуре газа. Это позволяет более эффективно использовать энергию и производить работу.
  2. Более экономичное использование ресурсов: Благодаря более высокой эффективности, адиабата позволяет более эффективно использовать ресурсы, такие как топливо или энергия. Это позволяет снизить расходы и уменьшить вредное воздействие на окружающую среду.
  3. Возможность достижения высоких температур: Адиабата позволяет достигать более высоких температур, чем изотерма. Высокие температуры могут быть необходимы для определенных процессов, таких как сжигание топлива или получение высокочистых материалов.
  4. Улучшенная энергетическая эффективность: Адиабатический процесс позволяет минимизировать потери энергии в виде тепла и повысить энергетическую эффективность системы. Это особенно важно в сфере производства энергии и промышленности.
  5. Большее разнообразие применений: Адиабатические процессы широко применяются в различных сферах, включая технику, науку и промышленность. Они используются в производстве электроэнергии, компрессорах, двигателях внутреннего сгорания и других системах.

В целом, преимущества адиабаты перед изотермой заключаются в ее более высокой эффективности, экономичности использования ресурсов, возможности достижения высоких температур, улучшенной энергетической эффективности и большем разнообразии применений. Именно поэтому адиабата является предпочтительным выбором во многих термодинамических процессах.

Большая эффективность адиабатического процесса

Во-первых, адиабатический процесс обеспечивает более высокую эффективность в преобразовании энергии. Это связано с тем, что при адиабатическом расширении газа его температура резко падает, в результате чего часть тепловой энергии превращается в механическую. Таким образом, адиабатический процесс позволяет получить больше полезной работы по сравнению с изотермическим процессом, где температура газа остается постоянной.

Во-вторых, адиабатический процесс не требует постоянного обмена теплом с окружающей средой, что снижает потери энергии из-за тепловых перегревов и охлаждений. В отличие от изотермического процесса, где газ должен непрерывно нагреваться или охлаждаться, при адиабатическом процессе экономится значительное количество энергии.

Кроме того, адиабатический процесс позволяет достичь более высоких значений энтропии системы. Энтропия является мерой беспорядка в системе. При адиабатическом процессе система ощущает более сильное воздействие окружающей среды, что способствует увеличению энтропии и созданию более эффективных условий для выполнения работы.

Сокращение времени работы системы

В отличие от адиабатического процесса, изотерма предполагает постоянную температуру системы и окружающей среды. В такой системе происходит постоянный обмен теплом, что может привести к большим энергетическим потерям и, следовательно, к увеличению времени работы системы.

Сокращение времени работы системы при использовании адиабатического процесса может быть особенно важным, если требуется быстрая реакция системы или уменьшение времени работы для достижения желаемого результата. Например, в промышленных процессах или в автомобильной технике, где энергия и время — ценные ресурсы.

Таким образом, использование адиабатического процесса позволяет сократить время работы системы и повысить ее эффективность. Это может быть важным фактором при выборе между адиабатой и изотермой в различных технических и промышленных системах.

Экономия энергоресурсов при использовании адиабатического процесса

Одной из основных причин, по которой адиабатический процесс является более эффективным, является отсутствие потерь энергии на теплообмен с окружающей средой. В изотермическом процессе происходит постоянный обмен теплом между системой и окружающей средой, что приводит к потере энергии.

В адиабатическом процессе, благодаря отсутствию теплообмена, энергия сохраняется и может быть использована для выполнения полезной работы. Например, в случае компрессора, использующего адиабатический процесс, работа, затрачиваемая на сжатие газа, не тратится на нагревание среды и может быть полностью использована для повышения давления.

Кроме того, адиабатический процесс позволяет достичь более высокой эффективности работы системы. В изотермическом процессе газ расширяется и сжимается при постоянной температуре, что приводит к снижению плотности газа и потере энергии. В адиабатическом процессе, благодаря отсутствию теплообмена, плотность газа остается постоянной, что позволяет более эффективно использовать энергию.

В итоге, использование адиабатического процесса позволяет сэкономить энергоресурсы и увеличить эффективность работы системы. Он широко применяется в различных областях, включая компрессоры, газотурбинные двигатели, хладагентные системы и многое другое. Адиабатический процесс является основой для создания более энергоэффективных и экологически чистых систем.

Уменьшение износа системы

Во время изотермического процесса изменение температуры в системе приводит к изменению ее объема. При этом, наличие контакта с окружающей средой приводит к переносу части тепла. В результате происходит нагрев и охлаждение системы, что приводит к ее износу. В случае длительного использования изотермического процесса, система может не выдержать таких температурных колебаний и выйти из строя.

Однако, адиабатический процесс позволяет избежать износа системы. В данном процессе нет переноса тепла с окружающей средой, что значительно снижает температурные колебания и уровень износа системы.

Благодаря уменьшению износа, адиабатический процесс является более эффективным в сравнении с изотермическим. Он позволяет продлить срок службы системы и улучшить ее работу в целом.

Почему адиабата круче изотермы

Адиабатный процесс — это процесс, при котором не происходит теплообмена с внешней средой.

Физически это означает, что процесс протекает достаточно быстро и система не успевает обменяться теплотой с внешними телами. Однако коль скоро мы имеем дело с равновесными процессами, скорость адиабатного процесса не должна быть слишком уж велика. Примером таких процессов может служить распространение звуковых колебаний в упругой среде.

Выведем уравнение, описывающее адиабатный процесс. Ранее мы имели дело с самыми простыми уравнениями процессов

— для изотермического процесса;

— для изобарного процесса;

— для изохорного процесса.

Поскольку в адиабатном процессе dQ = 0, из первого начала термодинамики следует, что

C другой стороны,

Приравнивая эти выражения, находим

Умножая уравнение (2.28) на V g –1 , получаем в левой части полный дифференциал

В результате интегрирования (2.29) приходим к уравнению адиабатного процесса

Графически адиабатный процесс описывается на (р,V) — диаграмме кривыми, похожими на изотермы (рис. 2.12), но идущими круче, так как g > 1, поскольку Сp > СV.

Рис. 2.12. Адиабатный процесс в идеальном газе: 1 — адиабата, 2 — изотерма

Это и понятно, так как при адиабатном расширении газ совершает работу за счет внутренней энергии, и его температура падает, что еще больше уменьшает давление по сравнению с изотермическим расширением.

Экспериментальное исследование адиабатного процесса в идеальном газе можно выполнить с помощью установки, представленной на рис. 2.13.

Рис. 2.13. Экспериментальное изучение адиабатного процесса в идеальном газе

Учитывая, что из уравнения состояния идеального газа следует пропорциональность

уравнение адиабатного процесса можно также представить в виде

Первый закон термодинамики в применении к адиабатному процессу позволяет вычислить работу газа при адиабатном расширении:

Выражения для работы при адиабатном процессе с учетом уравнения Клапейрона — Менделеева можно выразить также через температуры в начале и конце процесса

Для бесконечно малых изменений параметров уравнения (2.32), (2.33) переходят в соотношения

Пример. Горючая смесь в двигателе Дизеля (см. рисунок выше) воспламеняется при температуре Т2 = 1 100 К. Начальная температура смеси Т1 = 350 К. Определим, во сколько раз нужно уменьшить объем смеси при сжатии, чтобы она воспламенилась. Сжатие будем считать адиабатным. Показатель адиабаты для смеси g = 1,4.

Для решения удобнее воспользоваться уравнением адиабатного процесса в форме (2.31):

Отсюда сразу следует выражение для степени сжатия горючей смеси:

Дополнительная информация

Савельев И.В. Курс общей физики, том I

Главная цель книги — познакомить студентов прежде всего с основными идеями и методами физики. Особое внимание обращено на разъяснение смысли физических законов и на сознательное применение их. Несмотря на сравнительно небольшой объем, книга представляет собой серьезное руководство, обеспечивающее подготовку, достаточную для успешного усвоения в дальнейшем теоретической физики и других физических дисциплин.

Предисловие к четвертому изданию

При подготовке к настоящему изданию книга была значительно переработана. Написаны заново (полностью или частично) параграфы 7, 17, 18, 22, 27, 33, 36, 37, 40, 43, 68, 88. Существенные добавления или изменения сделаны в параграфах 2, 11, 81, 89, 104, 113.

Ранее, при подготовке ко второму и третьему изданиям были написаны заново параграфы 14, 73, 75. Существенные изменения или добавления были внесены в параграфы 109, 114, 133, 143.

Таким образом, по сравнению с первым изданием облик первого тома заметно изменился. Эти изменения отражают методический опыт, накопленный автором последние десять лет преподавания обшей физики в Московском инженерно-физическом институте.

Ноябрь 1969 г. И. Савельев

Из предисловия к четвертому изданию

Предлагаемая вниманию читателей книга представляет собой первый том учебного пособия по курсу общей физики для втузов. Автор в течение ряда лет преподавал общую физику в Московском инженерно-физическом институте. Естественно поэтому, что пособие он писал имея в виду прежде всего студентов инженерно-физических специальностей втузов.

При написании книги автор стремился познакомить учащихся с основными идеями и методами физической науки, научить их физически мыслить. Поэтому книга не является по своему характеру энциклопедичной, содержание в основном посвящено тому, чтобы разъяснить смысл физических законов и научить сознательно применять их. Не осведомленности читателя по максимально широкому кругу вопросов, а глубоких знаний фундаментальным основам физической пауки — вот что стремился добиться автор.

Объясните, почему адиабата при расширении газа спадает круче, чем изотерма

давление идеального газа P~T/V и может уменьшаться или за счет роста объема или за счет понижения температуры. в изотермическом процессе действует только первая причина, а в адиабатическом обе одновременно, поэтому в нем давление падает круче.

патамушта изотерма это при постоянной температуре а если газ расширяется значит он охлаждается а если изотерма то значит газ нагревается от стенок поэтому и не так круто спадает

Почему адиабата круче изотермы

называют процесс изменения термодинамического состояния, происходящий без теплообмена с окружающей средой.

Какой процесс можно было бы считать адиабатным? Вопрос не столь простой. Условием адиабатности можно считать следующее условие: с одной стороны — процесс должен быть очень быстрым, чтобы за время процесса не успел произойти теплообмен, а с другой стороны — он должен быть медленным, чтобы промежуточные состояния были обратимыми (квазистатичными).

Процесс без теплообмена не является адиабатным, если он протекает настолько быстро, что промежуточные состояния не являются квазистатическими (обратимыми).

Если в цилиндре поршень сжимает газ, то в каждый момент времени давление и температура газа должны быть одинаковыми по всему объёму. Для осуществления этого требования требуется некоторое время, называемое временем релаксации. Иначе поршень будет «сгребать» перед собой «сугроб» из молекул.

Первый закон термодинамики для адиабатного процесса будет иметь вид:

Δ U + A ‘ = 0 ΔU + A^’ = 0 , или Δ U = — A ‘ ΔU = — A^’ , или Δ U = A ΔU = A , где A = — A ‘ A = — A^’ .

Если работа, совершаемая над газом внешними телами, будет положительной (отрицательной), то изменение внутренней энергии тоже будет положительным (отрицательным), следовательно, газ нагревается (остывает).

Пусть из некоторого одинакового начального состояния начинают расширяться две одинаковые порции газа. Одна порция расширяется изотермически, другая адиабатно. При увеличении объёмов газов на некоторую величину изотермический процесс приведёт к снижению давления только потому, что уменьшится концентрация молекул.

В адиабатном же расширении газ уменьшает внутреннюю энергию и остывает. Давление при этом уменьшится за счёт уменьшения концентрации так же, как в и изотермическом процессе, но при этом давление ещё дополнительно уменьшится из-за уменьшения температуры. Поэтому давление в адиабатном процессе падает быстрее, чем в изотермическом процессе. Данный факт означает, что график адиабатного процесса в координатной плоскости `pV` будет пересекать график изотермического процесса. На качественном уровне мы уже приходим к выводу, что график адиабаты круче изотермы (рис. 13).

Уравнение, отображающее изменения термодинамических параметров при адиабатном квазистатическом процессе, называют уравнением Пуассона. Не задаваясь целью рассмотрения вывода уравнения, запишем его в готовом виде в различных формах.

p V γ = K = const \boxed

T V γ — 1 = const \boxed =\mathrm> — уравнение Пуассона.

T γ p γ — 1 = const \boxed

>=\mathrm> — уравнение Пуассона.

Адиабатный (адиабатический) процесс

Изотермический, изохорный и изобарный изопроцессы широко применяются в технике. Так, закон Гей-Люссака положен в основу строения газовых термометров; закон Шарля «ра­ботает» в устройствах, которые называются автоклавами, и т. п. Термодинамика изучает еще один процесс, широко применяющий­ся на практике, в частности в тепловых двигателях. Это так называемый адиабатный процесс.

Адиабатный процесс — это термодинами­ческий процесс, который происходит в теп­лоизолированной системе, то есть при от­сутствии теплообмена с окружающими тела­ми.

Поскольку в таком случае Q = 0, то в со­ответствии с первым законом термодина­мики вся выполненная работа идет на изме­нение внутренней энергии системы: A = ΔU.

Конечно, в реальных условиях достичь такого результата практически невозможно, поскольку не существует идеальных изоля­торов тепла. Но приблизиться к этому ус­ловию можно несколькими способами. На­пример, создать оболочки с низкой тепло­проводностью (по принципу термоса) или осуществить процесс настолько быстро, что­бы теплообмен между системой и окружа­ющими телами был непродолжительным и им можно было пренебречь.

При адиабатном сжимании га­за вся выполненная работа идет на увеличение внутрен­ней энергии тела: A = ΔU. При адиабатном расширении газа A’ = —ΔU, то есть газ вы­полняет работу за счет умень­шения собственной внутрен­ней энергии.

Рис. 2.5. Графическое изображение адиа­баты

Например, быстрое сжатие газа вызывает возрастание внутренней энергии, которая равняется количеству выполненной работы A, и газ нагревается. На этом явлении, в частности, построено самовозгорание топ­ливной смеси в дизельных двигателях. И наоборот, если газ сам выполняет работу вследствие стремительного расширения, то его внутренняя энергия уменьшается, и тем­пература газа снижается. Это свойство адиабатного процесса положено в основу сжижения газа. Примером адиабатного процесса является также взрыв, плавление предохранителя при коротком замыкании и т. п.

На этой странице материал по темам:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *