Адиабатический процесс: решение и объяснение

Определение Адиабатический процесс — это термодинамический процесс в макроскопической системе, при котором система не обменивается теплотой с окружающими телами. Условие протекания Для того чтобы процесс был адиабатическим, его проводят либо в оболочке с высокими теплоизоляционными свойствами (адиабатная оболочка), либо очень быстро, чтобы за короткий промежуток времени теплообмен не успел произойти. Первый закон термодинамики для адиабатического процесса Согласно первому закону термодинамики: \[ Q = \Delta U + A \] Так как при адиабатическом процессе теплообмен отсутствует, то \( Q = 0 \). Следовательно: \[ 0 = \Delta U + A \] или \[ A = -\Delta U \] Это означает, что работа совершается газом только за счет убыли его внутренней энергии. Свойства процесса 1. При адиабатическом расширении газ совершает положительную работу (\( A > 0 \)), его внутренняя энергия уменьшается (\( \Delta U < 0 \)), и газ охлаждается. 2. При адиабатическом сжатии над газом совершается работа (\( A < 0 \)), его внутренняя энергия увеличивается (\( \Delta U > 0 \)), и газ нагревается. Уравнение Пуассона Связь между давлением и объемом при адиабатическом процессе описывается уравнением: \[ pV^{\gamma} = \text{const} \] Где \( \gamma \) — показатель адиабаты (коэффициент Пуассона), который зависит от атомности газа: \[ \gamma = \frac{C_p}{C_v} \] Для одноатомного газа \( \gamma = \frac{5}{3} \approx 1,67 \). График процесса На графике в координатах \( (p, V) \) адиабата идет круче, чем изотерма. Это объясняется тем, что при адиабатическом расширении давление падает не только из-за увеличения объема, но и из-за понижения температуры. Примеры в природе и технике 1. Образование облаков: при подъеме воздуха вверх он расширяется адиабатически и охлаждается, что ведет к конденсации пара. 2. Дизельный двигатель: воспламенение топлива происходит за счет резкого адиабатического сжатия воздуха и его сильного нагрева. 3. Вылет пробки из бутылки с газированной водой: наблюдается легкий туман, так как газ расширяется адиабатически и охлаждается.