Praca gazowa w procesach izobarycznych, izotermicznych i adiabatycznych

W sercu prawie każdej termicznejmaszyna jest zjawiskiem termodynamicznym, takim jak praca wykonana przez gaz podczas ekspansji lub kompresji. Warto tutaj pamiętać, że w fizyce praca jest rozumiana jako miara ilościowa charakteryzująca działanie określonej siły na ciało. Zgodnie z tym praca gazu, warunek konieczny do spełnienia którego jest zmiana jego objętości, jest niczym innym jak wytworem presji na tę zmianę wolumenu.

Praca gazu może, jeśli zmienia się jego objętość,Zarówno izobaryczny, jak i izotermiczny. Ponadto faktyczny proces ekspansji może mieć charakter arbitralny. Prace nad gazem, które odbywa się w ramach ekspansji izobar, można znaleźć za pomocą następującego wzoru:

A = pΔV,

w którym p jest ilościową charakterystyką ciśnienia gazu, a ΔV jest różnicą między początkową i końcową objętością.

Proces arbitralnej ekspansji gazu w fizycesą zwykle reprezentowane jako sekwencja poszczególnych procesów izobarycznych i izochorycznych. Te drugie charakteryzują się tym, że praca gazu, podobnie jak jego wskaźniki ilościowe, wynosi zero, ponieważ tłok nie porusza się w cylindrze. W takich warunkach okazuje się, że działanie gazu w dowolnym procesie zmieni się wprost proporcjonalnie do wzrostu objętości naczynia, w którym tłok porusza się.

Jeśli porównamy pracę wykonaną przez gaz wEkspansję i kurczenie można zauważyć, że przy rozszerzaniu kierunek wektora przemieszczenia tłoka pokrywa się z wektorem ciśnienia tego samego gazu, dlatego w rachunku różniczkowym praca gazu jest dodatnia, a siła zewnętrzna jest ujemna. Kiedy gaz jest sprężany w ogólnym kierunku przemieszczania cylindra, wektor sił zewnętrznych pokrywa się, a zatem ich praca jest dodatnia, a praca gazu jest ujemna.

Rozważenie pojęcia "praca wykonana gazem"będą niekompletne, jeśli nie wpłyniemy również na procesy adiabatyczne. To zjawisko w termodynamice jest rozumiane jako proces, w którym nie ma wymiany ciepła z żadnymi ciałami zewnętrznymi.

Jest to możliwe na przykład w przypadku statkuz roboczym tłokiem ma dobrą izolację termiczną. Ponadto procesy sprężania lub rozprężania gazu można zrównoważyć adiabatycznie w przypadku, gdy czas zmiany objętości gazu jest znacznie mniejszy niż przedział czasowy, w którym zachodzi równowaga cieplna między otaczającymi ciałami a gazem.

Najczęściej w codziennym życiuproces adiabatyczny można uznać za pracę tłoka w silniku spalinowym. Istota tego procesu jest następująca: jak wiadomo z pierwszej zasady termodynamiki, zmiana energii wewnętrznej gazu będzie miała charakter ilościowy równy działaniu sił skierowanych z zewnątrz. Ta praca jest dodatnia w swoim kierunku, dlatego wzrośnie energia wewnętrzna gazu i wzrośnie temperatura samego gazu. W takich warunkach początkowych staje się jasne, że przy adiabatycznym rozszerzeniu nastąpi operacja gazowa z powodu zmniejszenia jej wewnętrznej energii, odpowiednio, temperatura w ramach tego procesu będzie się zmniejszać.