Урок по теме первый закон термодинамики. Презентация к уроку "Первый закон термодинамики

Цель урока: изучить практическое применение первого закона термодинамики к газовым процессам.

Задачи.

образовательные:

• показать переход от общих знаний первого закона термодинамики к конкретным газовым законам;
• рассмотреть применение полученных знаний, при решении конкретных задач;
• показать необходимость переноса знаний математики на другие предметы, в частности физику;

развивающие:

• развивать умения сравнивать, анализировать, обобщать, делать вывод;
• развивать умения осуществлять перенос знаний и умений в новой нестандартной ситуации;

воспитательные:

• повысить интерес к физике, как к науке, объясняющей огромное количество окружающих явлений и объединяющей в себе знания множества других наук;
• формировать коммуникативные и деловые качества при работе в малых группах.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 4

г.Ак-Довурака

Применение первого закона термодинамики к различным процессам

Урок по физике

10 класс

«Применение первого закона термодинамики к различным процессам»

учитель физики Кужугет М.Ш.

Ак-Довурак-2017

Цель урока: изучить практическое применение первого закона термодинамики к газовым процессам.

Задачи.

образовательные:

• показать переход от общих знаний первого закона термодинамики к конкретным газовым законам;
• рассмотреть применение полученных знаний, при решении конкретных задач;
• показать необходимость переноса знаний математики на другие предметы, в частности физику;

развивающие:

• развивать умения сравнивать, анализировать, обобщать, делать вывод;
• развивать умения осуществлять перенос знаний и умений в новой нестандартной ситуации;

воспитательные:

• повысить интерес к физике, как к науке, объясняющей огромное количество окружающих явлений и объединяющей в себе знания множества других наук;
• формировать коммуникативные и деловые качества при работе в малых группах.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор.

План урока

1. Организационный момент.

2. Фронтальный опрос и изучение нового материала.

Подготовка учащихся к изучению новой темы, путем повторения предыдущей.

• Какие изопроцессы вы знаете?
• Какие макропараметры могут быть неизменными?
• Определите соответствие между названием изопроцесса и соответствующим законом

• Определите соответствие между названием изопроцесса и соответствующим графиком

Изотермический процесс
Изобарный процесс
Изохорный процесс

Давайте всё о чем мы сейчас говорили, оформим в виде таблицы, повторяя всё ещё раз для каждого процесса.

Познакомимся с ещё одним процессом, о котором раньше не говорили.

Адиабатный процесс . Процесс, совершаемый без теплообмена с окружающей средой Q = 0.

Формулировка: Изменение внутренней энергии газа происходит путём совершения работы. Давайте запишем необходимое в нужные клетки нашей таблицы и посмотрим иллюстрацию к данному закону.

• Вопрос классу: Сформулируйте первый закон термодинамики?

(Ответ: Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую. Закон сохранения и превращения энергии, распространенный на тепловые явления, носит название первого закона термодинамики).

• Что он показывает? (Ответ: от каких величин зависит изменение внутренней энергии)

Q = U + А 1

Количество теплоты, переданное системе, идёт на изменение её внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами)

Теперь заполним последние строки нашей таблицы. Запишем для каждого изопроцесса 1-й закон термодинамики. Эти формулы можно не запоминать, а всегда вывести из первого закона термодинамики, если вы понимаете смысл. Мы с вами заполнили таблицу, которая содержит краткую информацию о каждом процессе, описание, формулы и формулировки. Как изменяется внутренняя энергия тела при его охлаждении?

(Ответ: U уменьшается)

2) Газ в сосуде сжали, совершив работу 30 Дж. Внутренняя энергия газа при этом увеличивается на 25 Дж. Что произошло с газом?

(Ответ: газ отдал окружающей среде Q = 5 Дж)

Идеальный газ переводят из состояния 1 в состояние 3, т.к. показано на графике. Чему равна работа, совершенная газом? (Ответ: 2P 0 V 0 )

4. Самостоятельное решение задачи

Задача: В вертикально расположенном цилиндре под поршнем находится газ при Т=323 К, занимающий объём V 1 = 190 см 3 . Масса поршня М=120 кг, его площадь S=50 см 2 . Атмосферное давление р 0 = 100 кПа. Газ нагревается на T=100 К.

А . Определите давление газа под поршнем.

Б. На сколько изменится объём, занимаемый газом, после нагревания?

В. Найдите работу газа при расширении.

Подведение итогов решения задачи и работы на уроке. Выставление оценок:

5. Домашнее задание. § 81 учебника.

• Упражнение 15 (8, 9).
• Выучить таблицу.

6. Рефлексия. Каждому ученику раздаётся смайлик и на нём рисуется нужная улыбка. По количеству улыбок можно ответить на вопрос: Удался ли данный урок?

Литература

1. Мякишев Г.Я., Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский. Физика-10: Учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений. – М.: Просвещение, 2005.
2. Небукин Н.Н. Сборник уровневых задач по физике. М.: Просвещение, 2006.
3. ЕГЭ 2008. Физика. Федеральный банк экзаменнацилнных материалов. Сост. Демидова М.Ю., Нурминский И.Н. – М.: Эксмо, 2008.
4. Цифровые образовательные ресурсы .
5. Разработка урока учителя физики С.Н. Гуцил.

Тема урока: Применение первого закона термодинамики.

Цель урока: Рассмотреть изопроцессы с новой энергетической точки зрения.

Задачи урока:

• 
  Установить связь между изменением внутренней энергией системы, работой и количеством теплоты, сообщённым к изопроцессам в газах;
• 
  Рассмотреть адиабатический процесс и примеры адиабатных процессов в технике и природе;
• 
  Выработка навыков и умений решения типовых задач по теме.

Ход урока.

1. 
   Домашнее задание §81, 80 упр.15(9-12).

1. 
   Актуализация знаний:

Учитель	Ученик
1. Какую тему мы с вами изучаем?	Термодинамика.
2. Чему новому научились?	Рассчитывать внутреннюю энергию для одноатомного, двухатомного и многоатомного газа, и работу в термодинамике: ∆U=3mR∆T/2M; ∆U=5mR∆T/2M; ∆U=6νR∆T. А = р·(V 2 - V 1); А = р·∆V; А = νR∆T A= νRTln(V 2 /V 1)
3. Дать понятие внутренней энергии.	Внутренняя энергия макроскопического тела равна сумме кинетических энергий беспорядочного движения молекул (или атомов) тела и потенциальных энергий взаимодействия всех молекул друг с другом (но не с молекулами других тел).
4. Сформулировать закон сохранения энергии.	Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: Количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую.
5. Сформулировать первый закон термодинамики для внешних сил.	Изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе: ∆U = А + Q
6. Сформулировать первый закон термодинамики, когда система совершает работу сама.	Количество теплоты, переданное системе, идёт на изменение её внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами: Q = ∆U + А ´
7. Вспомним, какими макроскопическими параметрами характеризуется?	V - объём P - давление Т - температура
8. Каким уравнением связаны все макроскопические параметры?	Уравнением Менделеева – Клапейрона p·V = νRT
9. Какие газовые законы можно вывести из этого уравнения?	Т - const изотермический V – const изохорный P – const изобарный

1. 
   Изучение нового материала.

Мы с вами рассмотрели изопроцессы, когда один из макроскопических параметра остаётся постоянным, а два других менялись. Сегодня мы с вами рассмотрим эти газовые законы с энергетической точки зрения и введём понятие нового адиабатического процесса.

Заполняем таблицу, которую мы приготовили к сегодняшнему уроку.

1. 
   Название процесса
2. 
   График процесса
3. 
   Математическая запись закона
4. 
   Изменение внутренней энергии
5. 
   Физический смысл записи первого закона термодинамики

Учитель	Ученик
С каким изотермическим процессом мы познакомились первым, что остаётся постоянным?	Изотермическим, температура – не меняется.
Что не будет меняться кроме температуры, как вы думаете? Смотрим на доску?	Внутренняя энергия.
Что представляет график изотермического процесса?	Гипербола.
Изотермическое расширение, куда направлена гипербола? Изотермическое сжатие, какие силы будут совершать работу, куда будет направлена изотерма, что будет происходить с объёмом?	Изотерма направлена будет с верху вниз. Внешние силы будут совершать работу, Изотерма будет направлена вверх, объём будет уменьшаться.
Как запишется математически первый закон термодинамики?	Q = A ´
Попробуем сформулировать этот закон.	Всё переданное газу тепло идёт на совершение им же работы.
Правильно смотрим на экран, аккуратно быстро делаем запись в тетради, но только для расширения, а для сжатия заполним дома самостоятельно.
Закон Шарля, для какого процесса? Какой макроскопический параметр не меняется?	Для изохорного. V - объём
Как будет изображаться график в осях P(V) Изохорного нагревания? Изохорного охлаждения?	Прямая линия направленная вверх. Прямая линия направленная вниз.
Что можно сказать об энергии? О работе газа? Смотрим на доску. Молодцы.	Изменяется. Работа не совершается, потому что объём не меняется.
Как математически будет записываться I закон термодинамики? Хорошо! Смотрим на экран, заполняем для изохорного нагревания, а для охлаждения заполняем дома.	∆U = Q Внутренняя энергия газа увеличивается за счёт подводимого тепла.
Для какого процесса нам надо связь межу изменением внутренней энергией, работой и количеством теплоты? Что можно сказать о математической записи этого закона? Смотрим на экран, заполняем для изобарного нагревания, для охлаждения заполним дома.	Для изобарного. Запись не изменится.
В природе и технике приходится иметь дело с процессами, при отсутствии теплообмена с окружающими средой. Процесс изменения объёма и давления газа при отсутствии теплообмена с окружающей средой называется адиабатным. Раз нет теплообмена, не получает система?	Количество теплоты Q = 0
Молодцы! Математически как запишем закон, если система сама совершает работу?	∆U = - A´ Внутренняя энергия газа уменьшается за счёт того, что сам газ совершает работу. Газ охлаждается.

Как будет читаться первый закон термодинамики, если работу будут совершать внешние силы.	Внутренняя энергия газа увеличивается за счёт того, что над газом совершают работу. Газ нагревается. ∆U = A
Смотрим таблицу, как выглядит адиабата, она изображается круче изотермы. Где мы встречаемся с адиабатным процессом? Читаем первый ряд стр.208 2 абзац снизу Второй ряд стр.208 1 абзац снизу Третий ряд стр.209 1 абзац сверху	В Дизелях В машинах для сжижения газов Образование облаков.
Подведем итог, что мы должны усвоить? Читаем в конце §80 стр. 209 последний абзац, между черточками.

Молодцы! Закрепляем, а точнее Вырабатываем навыки и умения решения типовых задач

Слайд 2

Цели урока:

2 Повторить теорию о газовых законах Повторить 1-й закон термодинамики Рассмотреть применение 1-го закона термодинамики к изопроцессам

Слайд 3

3 Фронтальный опрос Температура Давление Объём Какие макропараметры могут быть неизменными? Процессы: изотермический,изобарный, изохорный Какие изопроцессы вы знаете?

Слайд 4

Определите соответствие между названием изопроцесса и соответствующим законом

4 Закон Гей- Люссака Закон Шарля Закон Бойля- Мариотта

Слайд 5

5 Определите соответствие между названием изопроцесса и соответствующим графиком T V P Т Р V

Слайд 6

6 Т = const, T = 0 Закон Бойля-Мариотта U = 0 Р = const Закон Гей-Люссака А = 0 Закон Шарля V = const V = 0

Слайд 7

Адиабатный процесс

7 Процесс, совершаемый без теплообмена с окружающей средой Q = 0. Изменение внутренней энергии газа происходит путём совершения работы.

Слайд 8

8 http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/6cd0134b-bfec-4dcd-88bb- 88c63280df06/%5BPH10_06-014%5D_%5BIM_35%5D.swf

Слайд 9

Слайд 10

10 Сформулируйте 1-й закон термодинамики. Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую. Закон сохранения и превращения энергии, распространенный на тепловые явления, носит название первого закона термодинамики.

Слайд 11

11 Что он показывает? от каких величин зависит изменение внутренней энергии

Слайд 12

12 Какую математическую запись имеет 1 закон термодинамики? Если рассматривать работу над внешними телами (работу газа) Q = U + А1 Количество теплоты, переданное системе, идёт на изменение её внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами U = А+Q

Слайд 13

Слайд 14

14 Физкультминутка Мы писали, мы решали И немножечко устали, Покрутились, повертелись, Наклонились и уселись, И опять писать готовы И решать и вычислять

Слайд 15

15 Как изменяется внутреняя энергия тела при его охлаждении? уменьшается увеличивается не изменяется

Слайд 16

Газ в сосуде сжали, совершив работу 30 Дж. Внутренняя энергия газа при этом увеличилась на 25 Дж. Что произошло с газом?

16 газ отдал Q=5 Дж газ принял Q=5 Дж газ принял Q=55 Дж газ отдал 55 ДЖ

Слайд 17

17 Идеальный газ переводят из состояния 1 в состояние 3, т.к. показано на графике. Чему равна работа, совершенная газом? 2P0 V0 P0 V0 0 4P0 V0

Слайд 18

тест

18 C:\Documents and Settings\User\Рабочий стол\49562.oms тест

Слайд 19

Задача: А – 3 балла; Б – 4 балла; В – 5 баллов

19 В вертикально расположенном цилиндре под поршнем находится газ при Т=323 К, занимающий объём V1= 190 см 3 . Масса поршня М=120 кг, его площадь S=50 см 2 . Атмосферное давление р0 = 100 кПа. Газ нагревается на T=100 К. А. Определите давление газа под поршнем. Б. На сколько изменится объём, занимаемый газом, после нагревания? В. Найдите работу газа при расширении.

Слайд 20

Решение задачи

20 Дано: Т1= 323 К V1= 190 см3 М=120 кг S=50 см2 Р0 = 100 кПа T=100 К А. Р1 - ? Б.V- ? В. А= ? Решение: А. Давление оказываемое на поршень равно сумме давлений атмосферного и давление самого поршня. Р1 = Р0+ Р1 = 105+= = 340 кПа

Слайд 21

21 Решение: 2. Запишем уравнение состояния для изобарного Р = const Решим полученное уравнение V1 (T1+T)= T1 (V1 +V) V1 T1+ V1T= T1V1+T1 V V1T = T1V V=V= 0,59 см3

Слайд 22

22 Решение: 3. Работа газа при расширении определяется по формуле: А=р1V Мы уже получили выражение для р1 и для V в предыдущих действиях. Итак А = (Р0+) подставим числовые значения и найдем необходимую величину А = 20 Дж Ответ: А.Р0 = 340 кПа Б.V= 0,59 см3 В.А = 20 Дж

Слайд 23

Подведем итоги решения задачи

23 5 баллов – оценка «5» 4 балла - оценка «4» 3 балла - оценка «3»

План-конспект урока по теме:

« Первый закон термодинамики»

Абрамова Тамара Ивановна, учитель физики

Цели: 1. Образовательная - сформулировать 1 закон термодинамики; рассмотреть следствия, вытекающие из него.

2. Развивающая – развитие способов мыслительной деятельности (анализ, сравнение, обобщение), развитие речи (владение физическими понятиями, терминами), развитие познавательного интереса учащихся.

3. Воспитательная – формирование научного мировоззрения, воспитание устойчивого интереса к предмету, положительного отношения к знаниям.

Организационные формы и методы обучения:

• Традиционные – беседа на вводном этапе урока

• Проблемные – изучение нового учебного материала путем постановочных вопросов

Средства обучения:

• Инновационные – компьютер, мультимедийный проектор
• Печатные – тестовые задания

Ход урока:

1. Организационный момент
2. Повторение домашнего задания :

• Какими способами можно изменить внутреннюю энергию системы? (за счет совершения работы, либо за счет теплообмена с окружающими телами)
• Как находится работа газа и работа внутренних сил над газом при постоянном давлении? (А г = -А внеш= р ΔV)
• Мука из-под жерновов выходит горячей. Хлеб из печи вынимают также горячим. Чем вызывается в каждом из этих случаев увеличение внутренней энергии муки и хлеба? (Муки- совершением работы, хлеба- за счет теплообмена)
• В медицинской практике часто используются согревающие компрессы, грелки, а также массаж. Какие способы изменения внутренней энергии при этом используются? (теплообмен и совершение работы)

1. Объяснение нового материала:

Вы знаете, что механическая энергия никогда не пропадает бесследно.

Разогревается кусок свинца под ударами молотка, нагревается холодная чайная ложка, опущенная в горячий чай.

На основании наблюдений и обобщений опытных фактов был сформулирован закон сохранения энергии.

Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую.

Закон был открыт в середине ХIX века немецким ученым Р. Майером, английским ученым Д.Джоулем. Точную формулировку закона дал немецкий ученый Г.Гельмгольц.

Мы рассматривали процессы, в которых внутренняя энергия системы изменялась либо за счет работы, либо за счет теплообмена с окружающими телами (слайд 1)

А как изменяется внутренняя энергия системы в общем случае? (слайд 2)

I закон термодинамики формулируется именно для общего случая:

ΔU = Aвнеш + Q

А газа = - А внеш,

Q = ΔU + Aг

Следствия:

1. Система изолирована (А= О, Q=0)

Тогда Δu = u2-u1=0, или u1=u2 - Внутренняя энергия изолированной системы остается неизменной

1. Невозможность создания вечного двигателя – устройства, способного совершать работу без затрат топлива .

Q = ΔU + Aг, Q=0,

Аг= - ΔU. Исчерпав запас энергии двигатель перестанет работать.

1. Закрепление

(работа с навигатором – вывод обобщается)

Решение задачи 1

Проверка ответа (слайд 3)

Решение задачи 2

Проверка ответа (слайд 4)

1. Заключение (слайд 5)
2. Рефлексия

(Кому понравился урок – поднимаем руки с жестом «палец вверх», (слайд 6), кому не понравился- поднимаем руки с жестом «палец вниз» (слайд 7)

1. Домашнее задание : п. 78, упр. 15 (2,6)

Навигатор

По теме: « I Закон термодинамики».

Закон сохранения и превращения энергии, распространенный на тепловые явления.

Изменения внутренней энергии:

ПРОБЛЕМА:

Как изменяется внутренняя энергия в общем случае?

ΔU = А внеш + Q

Вывод:

1. Изменение внутренней энергии системы при переходе системы из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе.
2. Аг= - А внеш

Воспитательная цель: добиться усвоения учащимися закона сохранения и превращения энергии для тепловых процессов - первого закона термодинамики; показать практическую значимость закона

Основные знания и умения: знать формулировку закона, определение адиабатного процесса и уметь интерпретировать природные явления на основе законов термодинамики

Оргмомент (сообщить план урока) СЛАЙД 1
Повторение изученного материала: дать названия различным процессам на графике, выбрать формулы для каждого участка, ответить на вопросы СЛАЙДЫ 2 - 4

1. Почему на двух участках не меняется температура?

2. Что происходит с молекулами на каждом участке?

3. В каких случаях Q>0 и Q<0?

4. В каком состоянии находится вещество на этих участках?

5. Дать определение изопроцессам.

6. Что называется внутренней энергией и от чего она зависит?

7. В каком случае газ совершает работу? От чего зависит знак работы?

8. Что называется количеством теплоты?

9. Какие формулы мы применяем при расчете количества теплоты?

3. Решение задач. Пока производится устный опрос, остальные учащиеся решают задачи на

расчет количества теплоты по вариантам СЛАЙД 5

Проверка решения задач
Повторение: способы изменения внутренней энергии
Повторение: закон сохранения энергии и примеры его проявления в природе
Первый закон термодинамики: определение и формула (записать)
Первый закон термодинамики для изохорного процесса (записать)
Первый закон термодинамики для изотермического процесса (записать)
Первый закон термодинамики для изобарного процесса (записать)
Адиабатный процесс (записать). Рассмотреть примеры
Уравнение теплового баланса (записать)
Образец решение задачи на уравнение теплового баланса (записать)
Итоги урока:

1. Формулировкапервого закона

2. Как изменяется уравнение для разных процессов?

3. Какой процесс называется адиабатным?

4. Примеры адиабатных процессов?

5. Почему охлаждается атмосфера при удалении от поверхности Земли?

15. Домашнее задание:

Знать формулировки закона

Первый закон термодинамики

На рис. 3.9.1 условно изображены энергетические потоки между выделенной термодинамической системой и окружающими телами. Величина Q > 0, если тепловой поток направлен в сторону термодинамической системы. Величина A > 0, если система совершает положительную работу над окружающими телами.

Рисунок 3.9.1.

Обмен энергией между термодинамической системой и окружающими телами в результате теплообмена и совершаемой работы.

Если система обменивается теплом с окружающими телами и совершает работу (положительную или отрицательную), то изменяется состояние системы, т. е. изменяются ее макроскопические параметры (температура, давление, объем). Так как внутренняя энергия U однозначно определяется макроскопическими параметрами, характеризующими состояние системы, то отсюда следует, что процессы теплообмена и совершения работы сопровождаются изменением ΔU внутренней энергии системы.

Первый закон термодинамики является обобщением закона сохранения и превращения энергии для термодинамической системы. Он формулируется следующим образом:

Изменение ΔU внутренней энергии неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты Q, переданной системе, и работой A, совершенной системой над внешними телами.

Соотношение, выражающее первый закон термодинамики, часто записывают в другой форме:

Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы над внешними телами.

Первый закон термодинамики является обобщением опытных фактов. Согласно этому закону, энергия не может быть создана или уничтожена; она передается от одной системы к другой и превращается из одной формы в другую. Важным следствием первого закона термодинамики является утверждение о невозможности создания машины, способной совершать полезную работу без потребления энергии извне и без каких-либо изменений внутри самой машины. Такая гипотетическая машина получила название вечного двигателя (perpetuum mobile) первого рода. Многочисленные попытки создать такую машину неизменно заканчивались провалом. Любая машина может совершать положительную работу A над внешними телами только за счет получения некоторого количества теплоты Q от окружающих тел или уменьшения ΔU своей внутренней энергии.

Применим первый закон термодинамики к изопроцессам в газах.

В изохорном процессе (V = const) газ работы не совершает, A = 0. Следовательно,

Q = ΔU = U(T2) - U(T1).

Здесь U(T1) и U(T2) - внутренние энергии газа в начальном и конечном состояниях. Внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры (закон Джоуля). При изохорном нагревании тепло поглощается газом (Q > 0), и его внутренняя энергия увеличивается. При охлаждении тепло отдается внешним телам (Q < 0).
В изобарном процессе (p = const) работа, совершаемая газом, выражается соотношением

A = p(V2 - V1) = pΔV.

Первый закон термодинамики для изобарного процесса дает:

Q = U(T2) - U(T1) + p(V2 - V1) = ΔU + pΔV.

При изобарном расширении Q > 0 - тепло поглощается газом, и газ совершает положительную работу. При изобарном сжатии Q < 0 - тепло отдается внешним телам. В этом случае A < 0. Температура газа при изобарном сжатии уменьшается, T2 < T1; внутренняя энергия убывает, ΔU < 0.
В изотермическом процессе температура газа не изменяется, следовательно, не изменяется и внутренняя энергия газа, ΔU = 0.

Первый закон термодинамики для изотермического процесса выражается соотношением

Количество теплоты Q, полученной газом в процессе изотермического расширения, превращается в работу над внешними телами. При изотермическом сжатии работа внешних сил, произведенная над газом, превращается в тепло, которое передается окружающим телам.

Наряду с изохорным, изобарным и изотермическим процессами в термодинамике часто рассматриваются процессы, протекающие в отсутствие теплообмена с окружающими телами. Сосуды с теплонепроницаемыми стенками называются адиабатическими оболочками, а процессы расширения или сжатия газа в таких сосудах называются адиабатическими.

Модель. Адиабатический процесс.

В адиабатическом процессе Q = 0; поэтому первый закон термодинамики принимает вид

т. е. газ совершает работу за счет убыли его внутренней энергии.

На плоскости (p, V) процесс адиабатического расширения (или сжатия) газа изображается кривой, которая называется адиабатой. При адиабатическом расширении газ совершает положительную работу (A > 0); поэтому его внутренняя энергия уменьшается (ΔU < 0). Это приводит к понижению температуры газа. Вследствие этого давление газа при адиабатическом расширении убывает быстрее, чем при изотермическом расширении (рис. 3.9.2).

Рисунок 3.9.2.

Семейства изотерм (красные кривые) и адиабат (синие кривые) идеального газа.

В термодинамике выводится уравнение адиабатического процесса для идеального газа. В координатах (p, V) это уравнение имеет вид

Это соотношение называют уравнением Пуассона. Здесь γ = Cp / CV - показатель адиабаты, Cp и CV - теплоемкости газа в процессах с постоянным давлением и с постоянным объемом (см. §3.10). Для одноатомного газа для двухатомного для многоатомного

Работа газа в адиабатическом процессе просто выражается через температуры T1 и T2 начального и конечного состояний:

A = CV(T2 - T1).

Адиабатический процесс также можно отнести к изопроцессам. В термодинамике важную роль играет физическая величина, которая называется энтропией (см. §3.12). Изменение энтропии в каком-либо квазистатическом процессе равно приведенному теплу ΔQ / T, полученному системой. Поскольку на любом участке адиабатического процесса ΔQ = 0, энтропия в этом процессе остается неизменной.

Адиабатический процесс (так же, как и другие изопроцессы) является процессом квазистатическим. Все промежуточные состояния газа в этом процессе близки к состояниям термодинамического равновесия (см. §3.3). Любая точка на адиабате описывает равновесное состояние.

Не всякий процесс, проведенный в адиабатической оболочке, т. е. без теплообмена с окружающими телами, удовлетворяет этому условию. Примером неквазистатического процесса, в котором промежуточные состояния неравновесны, может служить расширение газа в пустоту. На рис. 3.9.3 изображена жесткая адиабатическая оболочка, состоящая из двух сообщающихся сосудов, разделенных вентилем K. В первоначальном состоянии газ заполняет один из сосудов, а в другом сосуде - вакуум. После открытия вентиля газ расширяется, заполняет оба сосуда, и устанавливается новое равновесное состояние. В этом процессе Q = 0, т.к. нет теплообмена с окружающими телами, и A = 0, т.к. оболочка недеформируема. Из первого закона термодинамики следует: ΔU = 0, т. е. внутренняя энергия газа осталась неизменной. Так как внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры, температуры газа в начальном и конечном состояниях одинаковы - точки на плоскости (p, V, изображающие эти состояния, лежат на одной изотерме. Все промежуточные состояния газа неравновесны и их нельзя изобразить на диаграмме.