Funzionamento a gas in processi isobarici, isotermici e adiabatici

Quasi tutte le termichemacchina si trova un tale fenomeno termodinamico come il lavoro svolto dal gas durante l'espansione o la contrazione. Vale la pena ricordare qui che in fisica il lavoro è inteso come misura quantitativa che caratterizza l'azione di una certa forza sul corpo. In accordo con ciò, il lavoro di un gas, condizione necessaria per il cui compimento è una variazione del suo volume, non è altro che il prodotto della pressione per questo cambiamento di volume.

Il lavoro del gas quando il suo volume cambia può logorarsisia isobarico che isotermico. Inoltre, il processo di espansione stesso può essere arbitrario. Il lavoro del gas che si verifica durante l'espansione isobarica può essere trovato utilizzando la seguente formula:

A = pΔV,

in cui p è una caratteristica quantitativa della pressione del gas e ΔV è la differenza tra il volume iniziale e quello finale.

Il processo di espansione arbitraria del gas in fisicadi solito rappresentato come una sequenza di processi isobarici e isocorici separati. Questi ultimi sono caratterizzati dal fatto che il lavoro del gas, così come i suoi indicatori quantitativi, è uguale a zero, perché il movimento del pistone nel cilindro non si verifica. In tali condizioni, risulta che il lavoro del gas in un processo arbitrario cambierà in proporzione diretta all'aumento del volume della nave in cui si muove il pistone.

Se confrontiamo il lavoro svolto dal gas aespansione e contrazione, si può notare che durante l'espansione, la direzione del vettore di spostamento del pistone coincide con il vettore della forza di pressione di questo gas stesso, quindi, in termini scalari, il lavoro del gas è positivo e le forze esterne sono negative . Quando il gas viene compresso, il vettore delle forze esterne coincide con la direzione generale di movimento del cilindro, quindi il loro lavoro è positivo e il lavoro del gas è negativo.

Considerazione del concetto di "lavoro svolto dal gas"sarà incompleto se anche i processi adiabatici non saranno interessati. In termodinamica, un tale fenomeno è inteso come un processo in cui non c'è scambio di calore con nessun corpo esterno.

Ciò è possibile, ad esempio, nel caso in cui la navecon un pistone funzionante è dotato di un buon isolamento termico. Inoltre, i processi di compressione o espansione del gas possono essere equiparati a processi adiabatici se il tempo di variazione del volume del gas è molto inferiore all'intervallo di tempo durante il quale si verifica l'equilibrio termico tra i corpi circostanti e il gas.

Più comune nella vita di tutti i giorniil lavoro di un pistone in un motore a combustione interna può essere considerato un processo adiabatico. L'essenza di questo processo è la seguente: come è noto dalla prima legge della termodinamica, il cambiamento nell'energia interna di un gas sarà quantitativamente uguale al lavoro delle forze dirette dall'esterno. Questo lavoro è positivo nella sua direzione, quindi l'energia interna del gas aumenterà e la sua temperatura aumenterà. In tali condizioni iniziali, è chiaro che durante l'espansione adiabatica, il lavoro del gas avverrà a causa di una diminuzione della sua energia interna; di conseguenza, la temperatura all'interno di questo processo diminuirà.