Адиабатный процесс

Видео: Физика. Термодинамика: Адиабатный процесс. Центр онлайн-обучения «Фоксфорд»

Общеизвестно, что простейшим, а потому и, наверное, распространенным в природе явлением, проявляющим энергетический обмен, является нагревание тел при их трении. Эти процессы окружают нас практически повсюду. Теплообмен присутствует при механических, химических, электрических, биологических и иных динамических изменениях. Теплообмен играет огромную роль в существовании органической жизни. Уже их этого многообразия проявлений логично вытекает вывод о том, что эти явления могут быть как полезны, так и вредны, смотря какую задачу решает исследователь или изобретатель. То есть в некоторых случаях требуется избавиться от теплообмена, чтобы создать необходимые условия для работы какого-нибудь прибора, устройства или агрегата.

Решает данные задачи адиабатный процесс, представляющий собой разновидность термодинамического процесса, при котором отсутствует обмен теплоэнергией рассматриваемой системы с внешней средой. Сама название этого явления в переводе с греческого языка говорит о своей природе – адиабатный или, как еще его называют, адиабатический означает «непроходимый».

Еще древние ученые интересовались данными явлениями, но по-настоящему научное исследование их природы относится к 17 веку, когда были сформулированы первые теоретические положения, выведенные на основе экспериментальной работы. Среди первых ученых, которые изучали адиабатный процесс, следует назвать Герике, Роберта Бойля, Эдма Мариотта. Двое последних стали первыми теоретиками в этой области, сформулировав общеизвестный закон Бойля-Мариотта. Первые экспериментальные работы в этой сфере проводились над газами, поэтому значительная часть закономерностей, которые характеризуют адиабатный процесс, относятся именно к этой физической среде. Позднее сфера исследований была значительно расширена, и на сегодняшний день адиабатические явления исследуются в самых разных средах, в том числе и на уровне нанотехнологий.

Видео: За­да­ние 7 Физика ГИА Законы термодинамики. Адиабатный процесс.

Рассматриваемый нами адиабатный процесс имеет следующую природу и механизм своего проявления. Если для обычных термодинамических явлений свойственно наличие обмена теплом, которое получается в результате различных динамических взаимодействий с окружающим пространством, то в данном случае такого обмена не происходит.

Существует способ математически отразить адиабатный процесс, формулы, которого при этом будут различаться в зависимости от разновидности самого процесса.

Видео: Адиабатный процесс

Общая формула, отражающая это явление, имеет вид: А = -VU, где А – работа, которую выполняет данная физическая система, VU – величина изменения ее внутренней энергии.

Различают несколько разновидностей адиабатических процессов:

Видео: Интерактивный учебник по физике

- адиабатно-изохорный совершается при единичном воздействии, в результате которого из термических показателей неизменным остается только объем смеси (V). Работа (А), как видно из формулы, в этом случае будет равна нулю;

- адиабатно-изобарный характеризуется сжатием испытываемой смеси газа, то есть объем ее уменьшается, а значение работы становится отрицательным;

- адиабатно-изотермический имеет обратные свойства по отношению к предыдущему и характеризуется увеличением объема (то есть расширением тела), при этом значение работы становится положительным.

Можно привести примеры адиабатных процессов, которые реализуются во всевозможных природных явлениях, а также в созданных человеком механизмах и устройствах. Так, их присутствие наблюдается при распространении звука в газе. Да и сама атмосфера Земли представляет собой адиабатический макропроцесс, в ходе которого над газами, составляющими ее, совершается некая работа, увеличивающая их потенциальную энергию. Эта теория сейчас распространена и на иные астрономические объекты.

Рассматриваемые процессы присутствуют во всех без исключения тепловых машинах и механизмах: паровозах, тепловозах, двигателях внутреннего сгорания и других, где необходимо исключить передачу теплоэнергии.