Работа. Свойства P-V диаграмм.

Работа процесса. Рассмотрим термо­динамическую систему, взаимодейст­вующую с окружающей средой. Меж­ду системой и средой происходит обмен энергией. При взаимодействии, проте­кающем при бесконечно малой разно­сти потенциалов, внутренняя энергия системы изменяется на dU. В соответ­ствии с законом сохранения энергии таким же по абсолютной величине должно быть изменение энергии тел окружающей среды, с которыми вза­имодействует система. Однако в термо­динамике объектом исследования явля­ются процессы, протекающие в системе. Поэтому количественная оценка изме­нения внутренней энергии основана на определении соответствующих физиче­ских величин, которые представляют со­бой количественные меры взаимодейст­вия (количества воздействия) различ­ного рода. Количественной мерой ме­ханического взаимодействия является механическая работа, термического взаимодействия — теплота.

В термодинамике теплового двигате­ля исследуется работа_изменения объ­ема (расширения, сжатия) газа. Она обозначается буквой L(Дж), удель­ная работа — l(Дж/кг). Рассмотрим газ, находящийся в цилиндре над порш­нем площадью Рпод давлением р. В этом случае приложенная к поршню сила Р = рF. При механическом взаимо­действии газ под действием силы Рсовершит элементарную работу изме­нения объема dL, в результате чего поршень переместится на расстоя­ние dx: dL=pFdx=pdV, или для 1 кг газа: dl=pdv.

Работа расширения, совершаемая си­стемой против внешних сил, считается положительной, а работа сжатия, со­вершаемая окружающей средой против внутренних сил системы,— отрицатель­ной.

Рассмотрим на диаграмме р — v равновесный процесс I— 2 расширения системы. Объем системы изменяется от  до . Состояния, ко­торые проходит система в процессе изменения объема, однозначно опреде­ляются координатами точек на кривой процесса (между точками 1 и 2). Работа расширения (сжатия) численно равна плошади фигуры (заштрихованной), ограниченной линией процесса, ордина­тами крайних точек и осью объемов. Она зависит от пути перехода системы из состояния Iв состояние 2, т. е. от характера процесса. . Значение интеграла зависит от вида подынтегральной функции р(v). Поэтому с изменением характера процесса (кри­вой процесса между точками 1 и 2) из­меняется работа расширения. Аналогичные рассуждения можно привести и для работы сжатия. Величина dl не являет­ся полным дифференциалом.