Классификация термодинамических процессов

Термодинамическим процессом принято называть любое изменение системы в результате изменения одного или ряда определяющих ее параметров.

Уравнение процесса может быть задано условием о постоянном значении в этом процессе какой-либо функции состояния (например, U=idem, h=idem, P=idem, t=idem и т. п.) или условием о равенстве нулю какого-либо эффекта в этом термодинамическом процессе (например, dq=0; работа dl=0 и т. п.). С помощью уравнений термодинамики можно изучать разнообразные процессы, при этом интерес представляет изображение процесса изменения состояния в Р-u координатах (рис. 3.11).

Простейшими процессами в термодинамике являются: изохорный (u=idem), изобарный (Р=idem), изопотенциальный (Рu=idem). Обобщающим выражением этих процессов является уравнение политропы с постоянным показателем:

Рuⁿ=C=idem; (3.48)

P^1/nu= =C₁=idem,

где n — показатель политропы, для данного процесса величина постоянная, но может иметь любые численные значения от -¥ до +¥;

С, С₁ ¾ постоянные, характеризующие прохождение процесса через какую-либо точку диаграммы: начальную, конечную или промежуточную.

Рис. 3.11. Показатель политропы в P-u и lg P-lg u координатах

Политропный процесс — это, в принципе, любой процесс, где одно-временно могут изменяться все параметры рабочего тела (P, u, T), осуществляться подвод и отвод теплоты и т. п. Все остальные термодинамические процессы являются частными случаями политропного:

так, при n=0 P=idem (изобарный),

n=±¥ V=idem (изохорный),

n=1 Pu=idem (изопотенциальный),

n=k Pu^k=idem (адиабатный).

Рис. 3.12. Изображение политропных процессов в Р-u координатах

Физический смысл показателя политропы n определяется при дифференцировании исходного уравнения политропы с постоянным показателем:

uⁿ×dP+n×u^n-1×P×du=0,

-u×dP=n×P×du.

dw=n×dl ® n=dw/dl;

в интегральной форме n=w/l. (3.49)

Показатель политропы равен отношению работ процесса — потен-циальной к термодинамической, а в логарифмических координатах n=tga. Процессы изменения состояния простых тел можно показать в зависимости от показателя политропы при -¥£n£+¥ (рис. 1.12).