Изотермический процесс. Если макроскопические параметры системы имеют одинаковые значения во всем объеме, занимаемом системой

Если макроскопические параметры системы имеют одинаковые значения во всем объеме, занимаемом системой, и не изменяются с течением времени, то состояние системы является равновесным.

Равновесные процессы в идеальном газе.

Определение 1.

Определение 2.

Последовательный переход системы из одного равновесного состояния в другое, совершаемый достаточно медленно, так, что в любой заданный момент времени систему можно характеризовать определенными равновесными значениями термодинамических параметров: давления, температуры или объема, что и называется равновесным процессом.

Равновесный процесс представляет собой приближенную модель реального термодинамического процесса.

Рассмотрим, например, сжатие газа поршнем в закрытом сосуде.

Если поршень вдвигать достаточно быстро, то давление поршня на газ не будет успевать распространяться по всему объему, занятому газом. Состояние газа в этом случае нельзя характеризовать определенной величиной давления, оно будет существенно неравновесным. Со временем давление перераспределится по всему объему и состояние газа станет равновесным с новым значением давления.

Определение 3.

Процесс установлениятермодинамического равновесия в системе носит название релаксационного процесса, а время установления равновесия – времени релаксации.

При медленном движении поршня газ проходит последовательно через ряд равновесных состояний, и процесс термодинамически равновесный.

Условие равновесного процесса.

Для того чтобы процесс был равновесным, очевидно, необходимо, чтобы время релаксации в системе было меньше времени, в течение которого система подвергается внешнему возмущению.

4. Виды равновесных процессов.

При изотермическом процессе температура газа остается постоянной в течение всего процесса, то есть, . Уравнение состояния газа в этом случае имеет вид:

, (1)

где v – число молей данного вещества в указанном объеме, газовая постоянная,

температура, объём.

В случае изотермического процесса кривые являются гиперболами и называются изотермами.

Примечание. Закон Бойля-Мариотта.

Вычислим работу, производимую газом при изотермическом процессе. Поскольку dT = 0, при изотермическом процессе не изменяется внутренняя энергия газа, dE=0, т.е. все подводимое в систему тепло расходуется только на совершение механической работы и dQ = PdV. Таким образом,

. (2)

При изотермическом сжатии газа механическая работа, совершаемая над системой, переходит в тепловую энергию окружающих тел.