19. Политропический процесс

Процесс называется политропическим, если считать, что теплоемкость остается постоянной. Первый закон термодинамики при С = const выглядит следующим образом:

(C– Cv)dT = PdV,

а при учете dT= (PdV + VdP)/ R получим следующую форму записи:

ndV/ V= -dP/ P,

n= (C– CP)/ (C– CV),

Уравнение имеет решение в виде:

PVn= const,

где P– давление газа;

V– объем газа.

Для политропического процесса характерно наличие частичного теплообмена системы с внешней средой. Кривая политропического процесса расположена на PV-диаграмме между изотермой (Г = const) и адиабатой (Q= const) и называется политропой. С учетом уравнения Менделеева-Клайперона уравнение политропы будет выглядеть следующим образом:

TV ^n-1 = const,

T ⁿP^n-1= const.

Определим работу, которую совершает газ при политропическом процессе:

А₁₂ = (m / M)R(T₁ – T₂) / (n – 1),

где m– масса газа;

M– молярная масса газа;

R– универсальная газовая постоянная;

n– показатель политропы;

T₁ и T₂– начальная и конечная температуры.

Случай Т₂ > T₁ и А₁₂ < 0 соответствует сжатию газа, т. е. работа совершается над ним. Показатель политропы можно получить из опыта. В отдельных случаях политропический процесс может переходить в следующие термодинамические процессы.

1. Адиабатический процесс: С = 0, n= g= C /C и Pg = const, dU= C_vdT= -dA, d/ = C_pdT= -gdA.

2. Изотермический процесс: С = Ґ, n =1 и PV = const, T = const, dA= PdV, dU= 0, dl = 0, dQ= dA.

3. Изобарический процесс: С = С_р, n= 0 и V/T = const, Р = const, dA = PdV, dU = C_VdT, dl= dU+ PdV= dQ = C_pdT.

4. Изохорический процесс: С = С, n= Ґ и Р/T = const, V= const, dA= 0, dU= C_VdT = dQ, dl = dU + PdV = C_pdT.