(робота при изобарном процесі). Для одноатомного газу маємо
,
отже,
,
звідки теплоємність газу при постійному тиску (для одноатомного газу) дорівнює
.
. Ізохоричний процес (). При ізохорному процесі механічна робота газом не звершується. Отже,
,
тобто все кількість теплоти йде на зміну внутрішньої енергії. Питома теплоємність при для одноатомного газу дорівнює
.
Отже,, або
. (10.4)
Звідси очевидний фізичний сенс R. Універсальна газова стала чисельно дорівнює роботі, яку здійснює 1 моль ідеального газу при ізобаріческом нагріванні на 1 К.
4. Адіабатичний процес - процес, що відбувається без теплообміну з навколишнім середовищем:
,
отже,. Якщо газ розширюється адіабатично,,, то відбувається охолодження газу; якщо газ адіабатично стискається,,, то газ нагрівається. Теплоємність при адіабатичному процесі дорівнює
.
Очевидно, що адіабатичний процес на досвіді за відсутності ідеальної теплоізоляції повинен бути здійснений досить швидко, щоб за цей час не встиг відбутися теплообмін з навколишнім середовищем.
При адіабатні розширенні газу зменшення тиску відбувається швидше, ніж при ізотермічному процесі:
.
При ізотермічному розширенні зменшення тиску відбувається тільки за рахунок зменшення концентрації (), при адіабатичному зменшується концентрація і знижується температура.
З точки зору першого початку термодинаміки можливі всі процеси, при яких зберігається енергія. Наприклад, не забороняється перехід тепла від менш нагрітого тіла до більш нагрітого, тільки при цьому необхідно, щоб кількість теплоти, віддане одним тілом, було передано повністю іншому тілу. Насправді це неможливо. Всі процеси мають спрямованість, другий початок термодинаміки визначає умови, при яких можливі перетворення енергії з одних видів в інші, тобто вказує спрямованість процесу. Одна з формулювань другого початку термодинаміки: неможливі мимовільний перехід теплоти від менш нагрітого тіла до більш нагрітого.
Другий початок термодинаміки формулюється також наступним чином: неможливе створення вічного двигуна другого роду, тобто періодично діючого пристрою, яке дозволяло б повністю перетворювати кількість теплоти, повідомлене системі, в механічну роботу, частина теплоти повинна бути передана холодильника.
Тепловими називають такі машини, в яких відбувається перетворення теплоти в механічну роботу. Речовина, яка провадить роботу в теплових машинах, називають робочим тілом або робочою речовиною. Теплові машини можуть бути влаштовані різним способом. Проте всі вони володіють загальною властивістю - періодичністю дії, або циклічністю, в результаті чого робоче тіло періодично повертається в початковий стан.
Принципова схема теплової машини зображена на рис. 10.3. Теплова машина (двигун) складається з нагрівача, робочого тіла і холодильника. Коефіцієнт корисної дії теплової машини
, (10.5)
де - кількість теплоти, що передається нагрівачем робочому тілу, кількість теплоти, що передається робочим тілом холодильника.
Опишемо роботу теплової машини. Якщо робоче тіло (наприклад, посудину з поршнем) отримує тепло, то ...
