Робота газу при изобарном, ізотермічному і адіабатному процесах
В основі діяльності практично будь теплової машини лежить таке термодинамічне явище, як робота, що здійснюються газом при розширенні або стисненні. Тут варто згадати, що у фізиці під роботою розуміється кількісна міра, що характеризує дію певної сили на тіло. Відповідно до цього робота газу, необхідною умовою для здійснення якої є зміна його обсягу, є не що інше, як добуток тиску на цю зміну обсягу.
Робота газу
Робота газу при зміні його об'єму може носити як ізобарний, так і ізотермічний характер. Крім того, власне розширювальний процес може носити і довільний характер. Роботу газу, яка здійснюється при изобарном розширенні, можна знайти за такою формулою:
A = pDelta-V,
в якій p - кількісна характеристика тиску газу, а Delta-V - різниця між початковим і кінцевим об'ємом.
Процес довільного розширення газу у фізиці зазвичай представляють як послідовність окремих ізобарних і Ізохоричний процес. Останні характеризуються тим, що робота газу, як і її кількісні показники, дорівнює нулю, тому що переміщення поршня в циліндрі не відбувається. За таких умов виходить, що робота газу при довільному процесі буде змінюватися в прямій залежності від збільшення обсягу посудини, в якому відбувається рух поршня.
Робота газу при зміні його об'єму
Якщо порівнювати роботу, що здійснюються газом при розширенні і стисненні, то можна відзначити, що при розширенні напрямок вектора переміщення поршня збігається з вектором сили тиску цього самого газу, тому в скалярному обчисленні робота газу позитивна, а зовнішніх сил - негативна. При стисненні газу із загальним напрямком переміщення циліндра збігається уже вектор зовнішніх сил, тому їх робота позитивна, а робота газу негативна.
Розгляд поняття «робота, що здійснюються газом» буде неповним, якщо не торкнутися також і адіабатні процеси. Під таким явищем в термодинаміки розуміється процес, коли відсутня теплообмін з будь-якими зовнішніми тілами. Це можливо, наприклад, у тому випадку, коли посудина з працюючим поршнем забезпечений хорошою теплоізоляцією. Крім того, процеси стиснення або розширення газу можуть бути прирівняні до адіабатних в тому випадку, якщо час зміни обсягу газу набагато менше того часового відрізку, за який настає теплова рівновага між навколишніми тілами і газом.
Найбільш часто зустрічається в повсякденному житті адіабатних процесом можна вважати роботу поршня в двигуні внутрішнього згоряння. Суть цього процесу полягає в наступному: як відомо з першого закону термодинаміки, зміна внутрішньої енергії газу буде в кількісному відношенні дорівнює роботі сил, спрямованих ззовні. Ця робота по своєму напрямку позитивна, тому і внутрішня енергія газу буде збільшуватися, а температура його самого підвищуватися. При таких вихідних умовах зрозуміло, що при адіабатні розширенні робота газу буде відбуватися за рахунок зменшення його внутрішньої енергії, відповідно, температура в рамках цього процесу буде зменшуватися.