Izmantojot Pirmo termodinamikas likumu, var analizēt dažādu termodinamisko procesu norisi un izdarīt svarīgus secinājumus par tiem.
Turpmāk aplūkosim izoprocesus – termodinamiskos procesus, kuros viens no fizikālajiem lielumiem, kas raksturo gāzes stāvokli, saglabājas nemainīgs.
Pieņemsim, ka gāze ir ideāla.
1. Izohorisks process.
Izohoriskajā procesā nemainās gāzes tilpums, tapēc gāzes darbs ir vienāds ar nulli: \(A = 0\). Gāzei pievadītais siltuma daudzums tiek patērēts tikai iekšējās enerģijas izmaiņai:
\(Q = ΔU\)
Ja gāze tiek izohoriski sildīta, tad \(Q > 0\) un \(ΔU > 0\) - iekšējā enerģija palielinās.
Gazei atdziestot, siltuma daudzums tiek aizvadīts \(Q < 0\) un \(ΔU = U2 - U1 < 0\), tātad, iekšējās enerģijas izmaiņa ir negatīva - iekšējā enerģija samazinās.
2. Izotermisks process
Izotermiskajā procesā gāzes temperatūra nemainās: \(T = const\). Tā kā ideālas gāzes iekšējā enerģija ir atkarīga tikai no temperatūras, nemainīga paliek arī gāzes iekšējā enerģija: \(ΔU = 0\). Tādēļ viss gāzei pievadītais siltuma daudzums tiek izmantots darba veikšanai, un Pirmo termodinamikas likumu var pierakstīt šādā formā:
\(Q = A\)
Ja gāze izotermiskajā procesā saņem siltuma daudzumu no apkārtējās vides \((Q > 0)\), tā izplešas un veic darbu \((A > 0)\).
Savukārt, ja gāze atdod siltuma daudzumu apkārtējai videi \((Q < 0)\), tās tilpums samazinās (notiek saspiešana), un darbu veic ārējie spēki \((A < 0)\).
3. Izobārisks process.
Izobariskajā procesā gāzes spiediens nemainās \((p = const)\). Saskaņā ar Pirmo termodinamikas likumu gāzei pievadītais siltuma daudzums tiek izmantots gāzes iekšējās enerģijas izmaiņai un darba veikšanai pie nemainīga spiediena:
\(Q = ΔU + pΔV\).
Ievērojot, ka , vienatoma gāzei \((i=3)\) izobāriskajā procesā:
\(Q = 1,5pΔV + pΔV = 2,5pΔV\)
Tātad izobāriskajā procesā vienatoma gāzei \(\mathrm{60\%}\) no pievadītā siltuma daudzuma tiek izmantoti iekšējās enerģijas palielināšanai, savukārt \(\mathrm{40\%}\) – darba veikšanai.
Divatoma gāze \((i=5)\) izobāriskajā procesā:
\(Q = 2,5pΔV + pΔV = 3,5pΔV\)
|
Process
|
Nosacījums | 1. termodinamikas likums |
| Izotermisks | \(Q = A\) | |
| Izohorisks | \(Q= ΔU\) | |
| Izobārisks | \(Q =ΔU + A\) | |
| Adiabātisks | \(0=Q =ΔU + A\), \(A = -ΔU\) |
Par to, kas ir adiabatisks process, uzzināsi nākamajā teorijas nodaļā.