Работа различных процессов
Под названием работы объединяются многие энергетические процессы; общим свойством этих процессов является затрата энергии системы на преодоление силы, действующей извне. К таким процессам относится, например, перемещение масс в потенциальном поле. Если движение происходит против градиента силы, то система затрачивает энергию в форме работы; величина работы положительна. При движении по градиенту силы система получает энергию в форме работы извне; величина работы отрицательна. Такова работа поднятия известной массы в поле тяготения. Элементарная работа в этом случае:
dW = – mgdH
где m – масса тела; H – высота над начальным нулевым уровнем. При расширении системы, на которую действует внешнее давление P, система совершает работу , элементарная работа равна в этом случае PdV (V1 и V2 – начальный и конечный объёмы системы соответственно).
При движении электрического заряда q в электрическом поле против направления падения потенциала j и на участке, где изменение потенциала равно dj, а также при увеличении заряда тела, имеющего потенциал j, на величину dq работа совершается над системой, величина ее равна в первом случае – qdj, а во втором случае – jdq.
Аналогичным образом можно выразить работу увеличения поверхности раздела S между однородными частями системы (фазами): dW = -sdS,
где s – поверхностное натяжение.
В общем случае элементарная работа dW является суммой нескольких качественно различных элементарных работ:
dW = PdV – mgdH – sdS – jdq + … (1,9)
Здесь P, -mg, -σ, -j – силы в обобщенном смысле (обобщенные силы) или факторы интенсивности; V, H, S, q – обобщенные координаты или факторы емкости.
В каждом конкретном случае следует определить, какие виды работы возможны в исследуемой системе, и, составив соответствующие выражения для dW, использовать их в уравнении (I, 2а). Интегрирование уравнения (I, 9) и подсчет работы для конкретного процесса возможны только в тех случаях, когда процесс равновесен и известно уравнение состояния.
Для очень многих систем можно ограничить ряд уравнения (I, 9) одним членом – работой расширения.
Работа расширения при равновесных процессах выражается различными уравнениями, вытекающими из уравнения состояния. Приведем некоторые из них:
1) Процесс, протекающий при постоянном объёме (изохорный процесс; V = const):
W = ∫δW = ∫PdV = 0 (I, 10)
2) Процесс, протекающий при постоянном давлении (изобарный процесс; P = const):
W = = P(V2 – V1) = PDV (I, 11)
3) Процесс, протекающий при постоянной температуре (изотермический процесс, T = const). Работа расширения идеального газа, для которого PV = RT:
W = dV = RT ln (I, 12)
Дата добавления: 2015-05-21; просмотров: 1264;