У третьому випадку система теплоізольована (,); зміна внутрішньої енергії дорівнює досконалої роботі.
Далі доцільно розглянути приклади застосування першого закону термодинаміки до ізопроцессам в ідеальних газах. При изобарном нагріванні (рис 1) кількість теплоти, передане системі, йде на збільшення її внутрішньої енергії і на здійснення системою роботи розширення при постійному тиску. Робота розширення позитивна () і дорівнює. З рис.1 видно, що робота чисельно дорівнює площі заштрихованого прямокутника, Збільшення внутрішньої енергії при даному процесі одно:
.
При изобарном охолодженні внутрішня енергія системи зменшується. Кількість теплоти, яке система віддає дорівнює зміні внутрішньої енергії системи і роботі зі стиснення газу. У цьому випадку і кількість теплоти, і робота системи негативні. Внутрішня енергія системи зменшується.
При ізохорному процесі (рис.2) робота дорівнює нулю, так як обсяг газу не змінюється (), тому зміна внутрішньої енергії дорівнює кількості теплоти. При нагріванні кількість теплоти й зміна внутрішньої енергії позитивні, тобто внутрішня енергія збільшується, при охолодженні - внутрішня енергія зменшується.
При ізотермічному процесі температура постійна, тому, тобто внутрішня енергія не змінюється. Якщо система отримує деяку кількість теплоти, то воно йде на роботу, що здійснюються газом при розширенні. Робота чисельно дорівнює площі заштрихованої фігури (рис.3).
При адіабатичному процесі (рис. 4) не відбувається теплообміну з навколишнім середовищем, тому кількість теплоти. Отже, внутрішня енергія змінюється тільки за рахунок здійснення роботи. При цьому при розширенні система здійснює позитивну роботу; внутрішня енергія системи зменшується.
При стисканні зовнішні сили здійснюють роботу, а газ негативну; внутрішня енергія збільшується, газ нагрівається.
З графіків адіабатичного і ізотермічного процесів, зображених на рис.4, видно, що при адіабатні розширенні відбувається робота менша, ніж при ізотермічному, а при адіабатні стисненні - велика, ніж при ізотермічному. Корисно так само з учнями вирішувати графічні завдання, що вимагають з'ясування знаків величин, що входять у формулу першого закону термодинаміки, наприклад таку: на рис.5 зображено графік залежності тиску від температури. Як змінюється при цьому зміні стану газу його внутрішня енергія, чи чиниться робота, отримує або віддає система теплоту?
При переході газу зі стану 1 в стан 2 тиск зменшується, температура і внутрішня енергія газу збільшуються. Обсяг газу також збільшується (), отже, газ здійснює роботу розширення, що є позитивною. Кількість теплоти також позитивно (), отже, газ отримує деяку кількість теплоти.
Засвоєння першого закону термодинаміки сприяє і рішення обчислювальних задач.
Розгляд застосування першого початку термодинаміки до ізопроцессам створює основу для розуміння старшокласниками принципів роботи теплових двигунів.
.5.4 Робота теплових двигунів
З тепловими двигунами учнів знайомлять вперше в базовій школі, коли розглядають загальний принцип роботи теплових двигунів (вчинення корисної роботи за рахунок внутрішньої енергії робочого тіла), вивчають двигун внутрішнього згорання і парову турбіну, а також вводять понятті про ККД теплових двигунів. Основна увага пр...
