Funcționarea cu gaze în procese izobarice, izoterme și adiabatice

În centrul funcționării aproape a oricărei mașini termice este un fenomen termodinamic, cum ar fi munca făcută de gaz în timpul extinderii sau compresiei. Aici merită să ne amintim că în fizică, munca este înțeleasă ca o măsură cantitativă care caracterizează acțiunea unei anumite forțe asupra corpului. În concordanță cu aceasta, lucrarea de gaz, o condiție necesară pentru realizarea căreia este o schimbare a volumului său, nu este altceva decât produsul presiunii asupra acestei schimbări de volum.

Lucrarea unui gaz cu o schimbare a volumului său poate fi izobarică și izotermică. În plus, procesul de expansiune real poate avea un caracter arbitrar. Lucrarea de gaz, care are loc sub expansiune isobar, poate fi găsită prin următoarea formulă:

A = pDelta-V,

în care p este caracteristica cantitativă a presiunii gazului și Delta-V - diferența dintre volumul inițial și cel final.

Procesul de expansiune arbitrară a gazelor în fizică este de obicei reprezentat ca o secvență a proceselor izoborice și izochorice individuale. Acestea din urmă sunt caracterizate prin aceea că gazul de lucru ca indici cantitativi este zero, deoarece nu există nici o mișcare a pistonului în cilindru. În aceste condiții, se dovedește că gazul de lucru la un proces arbitrar variază direct proporțional cu volumul crescând al navei, în care mișcarea pistonului.

Dacă comparăm lucrarea făcută de gaz în timpul expansiunii și comprimării, atunci putem observa că atunci când extinderea direcției vectorului de deplasare a pistonului coincide cu vectorul forța de presiune acest gaz în sine, prin urmare în calculul scalar activitatea gazului este pozitivă, iar forța externă este negativă. Când gazul este comprimat cu direcția generală a deplasării cilindrului, vectorul forțelor externe coincide și, prin urmare, munca lor este pozitivă, iar activitatea gazului este negativă.

Examinarea conceptului de „munca prestată de gaz“ ar fi incompletă dacă nu a afectat, de asemenea, și a proceselor adiabatice. Acest fenomen în termodinamică este înțeles ca un proces în care nu există schimb de căldură cu alte corpuri externe. Acest lucru este posibil, de exemplu, în cazul în care o navă cu piston de lucru este prevăzută cu o bună izolare termică. În plus, procesele de comprimare sau extindere a gazului pot fi asimilate cu adiabatic dacă timpul de schimbare a volumului gazului este mult mai mic decât intervalul de timp în care are loc echilibrul termic între corpurile înconjurătoare și gaz.

Cel mai frecvent proces adiabatic din viața de zi cu zi poate fi considerat opera unui piston într-un motor cu combustie internă. Esența acestui proces este după cum urmează: așa cum se știe din prima lege a termodinamicii, schimbarea energiei interne gazul va fi cantitativ egal cu munca forțelor direcționate din exterior. Această activitate este pozitivă în direcția sa, și prin urmare energia internă gazul va crește, și temperatura propriei sale creșteri. În astfel de condiții inițiale este clar că, în timpul expansiunii adiabatice, gazul va funcționa prin reducerea energiei sale interne, respectiv temperatura în acest proces va scădea.