Trabalho com gás em processos isobáricos, isotérmicos e adiabáticos

No centro da atividade de quase todas as térmicasmáquina reside um fenômeno termodinâmico como o trabalho feito pelo gás durante a expansão ou contração. Vale lembrar aqui que, na física, o trabalho é entendido como uma medida quantitativa que caracteriza a ação de uma determinada força sobre um corpo. De acordo com isso, o trabalho de um gás, condição necessária para a sua realização é uma mudança em seu volume, nada mais é que o produto da pressão por essa mudança de volume.

O trabalho do gás quando seu volume muda pode ser desgastadoisobárico e isotérmico. Além disso, o próprio processo de expansão pode ser arbitrário. O trabalho de um gás que ocorre durante a expansão isobárica pode ser encontrado usando a seguinte fórmula:

A = pΔV,

em que p é uma característica quantitativa da pressão do gás, e ΔV é a diferença entre o volume inicial e final.

O processo de expansão arbitrária de gás na físicageralmente representado como uma sequência de processos isobáricos e isocóricos separados. Estes últimos se caracterizam pelo fato de que o trabalho do gás, assim como seus indicadores quantitativos, é igual a zero, pois o movimento do pistão no cilindro não ocorre. Sob tais condições, verifica-se que o trabalho do gás em um processo arbitrário mudará em proporção direta ao aumento no volume do vaso no qual o pistão se move.

Se compararmos o trabalho feito pelo gás emexpansão e contração, pode-se notar que durante a expansão, a direção do vetor de deslocamento do pistão coincide com o vetor da força de pressão desse próprio gás, portanto, em termos escalares, o trabalho do gás é positivo, e as forças externas são negativos. Quando o gás é comprimido, o vetor de forças externas coincide com a direção geral do movimento do cilindro, então seu trabalho é positivo e o trabalho do gás é negativo.

Consideração do conceito de "trabalho realizado a gás"será incompleto se não abordarmos também os processos adiabáticos. Em termodinâmica, tal fenômeno é entendido como um processo em que não há troca de calor com nenhum corpo externo.

Isso é possível, por exemplo, quando o naviocom um pistão de trabalho é fornecido com bom isolamento térmico. Além disso, os processos de compressão ou expansão de gás podem ser equiparados a processos adiabáticos se o tempo de mudança do volume do gás for muito menor do que o intervalo de tempo durante o qual ocorre o equilíbrio térmico entre os corpos circundantes e o gás.

Mais comum na vida cotidianaum processo adiabático pode ser considerado o trabalho de um pistão em um motor de combustão interna. A essência desse processo é a seguinte: como é conhecido desde a primeira lei da termodinâmica, a variação na energia interna de um gás será quantitativamente igual ao trabalho das forças dirigidas de fora. Este trabalho é positivo em seu sentido, pois, a energia interna do gás aumentará e sua temperatura aumentará. Nessas condições iniciais, fica claro que durante a expansão adiabática, o trabalho do gás ocorrerá devido a uma diminuição em sua energia interna; consequentemente, a temperatura dentro desse processo diminuirá.