PV диаграммы - часть 2: Изотермические, изометрические, адиабатические процессы (видео)

Khan Academy не поддерживает этот браузер. [Закрыть]

Чтобы использовать Khan Academy, вам необходимо перейти на другой веб-браузер. Просто выберите один из вариантов ниже, чтобы начать обновление.

Если вы видите это сообщение, это означает, что у нас возникли проблемы с загрузкой внешних ресурсов на наш веб-сайт.

Если вы используете веб-фильтр, убедитесь, что домены *.kastatic.org и *.kasandbox.org разблокированы.

Законы термодинамики

Диаграммы PV – часть 2: Изотермические, изометрические, адиабатические процессы

Законы термодинамики

Стенограмма видео

– Хорошо, в прошлый раз мы говорили об изобарных процессах. В этот раз поговорим об изотермических процессах. Iso означает постоянный, тепловой, это сокращение от температуры, так что это процесс, при котором температура остается постоянной. Или, другими словами, T равно константе, что мы могли бы также написать, если температура постоянна, это означает изменение температуры, это означает, что температура не изменяется, поэтому изменение температуры равно нулю. Теперь, прежде чем мы двинемся дальше, позвольте мне показать вам еще одну важную вещь. Помните, мы говорили ранее, что внутренняя энергия газа не равна температуре газа, а пропорциональна ей. Итак, если температура удвоится, внутренняя энергия удвоится. Если температура не меняется, внутренняя энергия не меняется. Таким образом, для изотермического процесса не только ΔT=0, но, что более важно, с точки зрения Первого закона термодинамики, ΔU также равно 0. Это важно, это то, что вы должны знать. Для изотермического процесса ΔU равно 0. Теперь вы можете запутаться здесь. Вы можете сказать: «Подождите минутку, как вы можете иметь «термический процесс, если нет термика, если «вообще нет изменения температуры?» Ну, ты можешь, тут всякое случится. Это не значит, что ничего не происходит. Что-то произойдет, но произойдет так, что не будет изменений температуры и внутренней энергии, так что мы можем сказать? Что ж, давайте посмотрим на первый закон термодинамики. Первый закон выполняется для любого теплового процесса здесь, будь то изотерма, изобара, любой из них, так что мы можем сказать, что ΔU должно равняться Q, то есть теплоте, перешедшей в газ, плюс W, которое — это работа, совершаемая над газом, и теперь мы знаем, что для изотермического процесса ΔU равно 0. Так что это значит? Это означает, что сумма Q + W должна составлять 0. Это означает, что если вы делаете, скажем, 300 джоулей работы, толкая это вниз, вы делаете 300 джоулей работы. Единственный способ, чтобы температура оставалась постоянной, это чтобы 300 джоулей тепла ушли из газа, 300 джоулей тепла должны были уйти. Это будет означать, что Q равно -300 Дж, таким образом, 300 Дж и -300 Дж в сумме дают 0, у вас есть изотермический процесс. Но недостаточно, чтобы только начальная температура сравнялась с конечной температурой. Чтобы этот процесс был действительно изотермическим, температура должна оставаться неизменной в каждый момент процесса. Таким образом, каждая частица энергии, которую вы добавляете, должна немедленно отниматься, или каждая частица энергии, которую вы отнимаете, должна немедленно возвращаться обратно. Задержки быть не может, а то добавишь эти 300 джоулей, температура газа повысится, а потом тепло унесется отсюда, знаешь, на досуге, пройдет какое-то время, и вот наконец вы достигнете той же температуры, что и раньше, это не считается. Это не изотермический процесс. Газ во все моменты времени должен иметь одну и ту же температуру. Так как ты это делаешь? Ну, просто убедитесь, что вы нажимаете на поршень, или, если вы тянете его вверх, вы делаете это очень медленно. Таким образом, тепло всегда успевает отвести наружу или внутрь соответственно. Если вы заставите этот процесс происходить слишком быстро, это тепло, то потребуется некоторое время, чтобы тепло прошло через контейнер, и если вы заставите процесс происходить слишком быстро, это тепло не сможет быстро пройти из контейнера или в контейнер. достаточно, поэтому вы должны сделать процесс очень медленным, добавить 1 джоуль в час или в день, сделать его настолько медленным, насколько это возможно, чтобы это тепло всегда имело время проводить соответствующим образом и поддерживать постоянную температуру. Постоянная температура с чем? Ну, просто засуньте все это дело в термальный резервуар, вот как вы могли бы это сделать. Поместите весь контейнер в резервуар с водой, температура которой, скажем, 290К, огромный резервуар с водой. Вода не очень легко меняет свою температуру, так как у нее такая высокая удельная теплоемкость, поэтому, если резервуар очень большой, эта вода будет поддерживать ту же температуру, ей не нужен маленький поршень здесь, а газ в баке. поршень будет пытаться поддерживать равновесие с температурой воды. Итак, если вы сделаете этот процесс очень медленным, если я нажму на поршень очень медленно, я добавлю энергию, но эта энергия будет забрана, температура газа останется прежней, если я буду делать это достаточно медленно, или Я могу тянуть поршень очень медленно, тогда некоторое количество тепла должно войти в газ, чтобы он всегда поддерживал ту же температуру, что и внешняя среда, гарантируя, что это изотермический процесс. Так как изотермический процесс выглядит на диаграмме PV? Что ж, давайте посмотрим на закон идеального газа. Закон идеального газа говорит, что P x V = NKT, по крайней мере, в версии с постоянной Больцмана, поэтому я хочу знать, каково давление как функция объема, позвольте мне просто решить для давления. Давление = НКТ/В. Теперь смотри. Здесь N молекул, это постоянная величина, мы не впускаем и не выпускаем ни одной молекулы газа. К, это постоянная Больцмана, это число не меняется. Для изотермического процесса температура также постоянна. Все здесь в числителе является константой, и у нас есть просто P, поскольку функция является константой/V, так что P просто выглядит как 1/x. Это как иметь функцию y = константа над x, и мы знаем, как выглядит 1/x, это выглядит так. Итак, на диаграмме PV изотермический процесс будет выглядеть примерно так, он будет изгибаться как 1/x, и это может быть изотермическое расширение, если объем увеличивается, или изотермическое сжатие, если объем уменьшается. Таким образом, фактическая форма линии, нарисованной на диаграмме PV для изотермического процесса, иногда называется изотермой, и они выглядят так. Обратите внимание, что мы не можем найти проделанную работу, просто сказав, что Работа есть PΔV. Помните, именно так мы нашли работу, совершаемую газом в изобарическом процессе, но это было потому, что у нас был красивый прямоугольник. Область под этим графиком по-прежнему даст нам проделанную работу, это правда. Это определенно работа, совершаемая газом, но это не идеальный прямоугольник, поэтому вы не можете использовать эту формулу, вам нужно знать, вам нужно дать тепло, и тогда вы сможете вычислить работу или учитывая работу, вы найдете тепло. Нет действительно хорошего способа, если только вы не собираетесь заниматься вычислениями, чтобы вычислить площадь под этой кривой. Еще одна вещь, которую вы обязательно должны знать. Поскольку NKT является константой, верно, все это не меняется для изотермического процесса, это означает, что P x V также не меняется. Это еще одна вещь, которая не меняется. Итак, T не меняется, U, внутренняя энергия, не меняется, и P x V тоже не меняется, потому что T не меняется здесь, в законе идеального газа. Это означает, что если вы возьмете давление, умноженное на объем в любой точке этой изотермы, вы получите одно и то же число, так что этот объем здесь и это давление прямо здесь, если я возьму эти два и умножу эти два вместе, я получу получить какое-то число, и если я возьму последнее, этот объем и это давление, и умножу эти два числа, я получу одно и то же число. Я получу тот же результат для P x V. Я получу тот же результат здесь, если я возьму эти два, любое значение P x V вдоль этой линии будет одинаковым, потому что это число не может измениться, потому что, если бы это произошло, это означало бы, что температура должна измениться. и тогда у вас не было бы изотермы. Итак, изотермический процесс. Это один из четырех наиболее распространенных тепловых процессов. У нас есть еще два, чтобы пойти. Поговорим об изометрическом процессе. Первое, что вы должны знать, это то, что это иногда называют изохорным, а также иногда называют изоволюметрическим. Почему у него три имени? Я не знаю, но все они означают одно и то же. Изо означает постоянный, объемный, хоровой и метрический, все они относятся к размеру или объему. Это означает постоянный объем. Как сделать так, чтобы это произошло? Ну, просто не позволяйте поршню двигаться. Поршень – это то, что регулирует объем. Ну, эта штука закрыта, я не знаю, не давайте этой штуке двигаться, и вы, что бы ни случилось, получите изометрический, изохорный или изоволюметрический процесс, что означает одно и то же. Теперь, поскольку поршень не может двигаться, это означает, что работа не может быть выполнена. Газ не может совершить никакой работы, внешние силы не могут совершить никакой работы, вы не можете совершить никакой работы над газом. Никакая работа не может быть выполнена, если этот поршень не может двигаться вверх или вниз. Таким образом, W всегда будет равно 0 для одного из этих изометрических процессов. Это означает, что если мы запишем Первый закон, то Первый закон термодинамики верен для каждого процесса, утверждает, что ΔU = Q, количество тепла, поступающего в газ или выходящего из него, + W, за исключением того, что W равно 0, поэтому мы имеем работа не сделана. Это 0, и наш Первый закон просто становится ΔU = Q, или, другими словами, для изометрического процесса единственным способом изменить внутреннюю энергию было бы добавление или отвод тепла. Так что эти изометрические процессы на самом деле довольно просты. Как они выглядят на диаграмме PV? Ну, громкость остается неизменной. Постоянное давление — это горизонтальная линия, а постоянный объем — вертикальная линия. И если я добавлю тепла, я увеличу давление, а если я отниму тепло, я уменьшу давление, и этот объем останется прежним, потому что этот поршень не может двигаться. Теперь помните, что работа — это область под кривой. Здесь это имеет смысл? Какая площадь находится под этой кривой? Под этой кривой нет области. Площади нет, у вас есть вот эта линия, это не площадь, она бесконечно тонкая, а это значит, что нет площади, нет площади, значит работа не выполняется, и это согласуется с тем, что мы знаем об изометрическом процессе. , еще один из четырех больших процессов. Поговорим об адиабатическом процессе. Это тот, в котором не происходит теплообмена, поэтому иногда люди слышат это и думают: «О, это означает, что температура не меняется, верно?» Нет, это неправильно. Это определенно не то, что мы говорим. Отсутствие теплообмена означает, что Q, наша буква, которую мы используем для обозначения тепла, равна 0. Это означает, что в газ не пускают тепло, из газа не пропускают теплоту. Для адиабатического процесса этого не происходит. И это не значит, что температура не может измениться. Здесь температура может изменяться, потому что поршень может совершать работу или газ может совершать эту работу, но теплота не может ни входить, ни выходить. Итак, вы должны научиться различать температуру и жар. Это не одно и то же. Температура — это своего рода мера того, сколько энергии имеет газ в данный момент. Q, теплота, показывает, сколько тепловой энергии поступает в этот газ или из него. Это не показывает, сколько энергии на самом деле имеет газ, это то, сколько тепловой энергии вы добавляете или отнимаете. А для адиабатического процесса тепловая энергия не передается внутрь или наружу. Что это означает для Первого Закона? Первый закон верен для любого процесса, ΔU = Q + W, работа, проделанная над газом, но для адиабатического процесса теплота отсутствует, так что просто означает, что ΔU равно работе, проделанной над газом, это единственный способ вы собираетесь добавить энергию газу, совершая работу над газом или позволяя газу совершать работу, тогда энергия может быть удалена, но вы не можете добавлять или отнимать энергию термически, кондуктивно, через стенки контейнера . Это должно быть сделано поршнем. Так как ты это делаешь? Как убедиться, что тепло не проходит? Одна вещь, которую вы должны сделать, это изолировать это, чтобы тепло не проходило через стенки этого контейнера, но этого недостаточно. Вы должны убедиться, что не происходит теплообмена, поэтому вы берете этот поршень и толкаете его вниз так быстро, как можете, или поднимаете его так быстро, как только можете. Это противоположность изотермическому процессу. Там мы хотели, чтобы процесс происходил медленно, чтобы тепло всегда успевало поступать или выходить. Здесь мы хотим, чтобы процесс происходил так быстро, чтобы тепло не успевало втекать или выходить. Таким образом, мы гарантируем, что это адиабатический процесс и что Q действительно равно 0. Так как же выглядит адиабатический процесс на PV-диаграмме? Похоже на изотермический процесс, только круче. Так что это будет адиабатическое расширение, и эти линии иногда называют адиабатами, и если у вас есть адиабатическое сжатие, это будет выглядеть так. Если вы сравните это с изотермическим процессом, скажем, который начался здесь, он не зайдет так далеко. Вы можете сказать, что это изотермический процесс, потому что он не такой крутой. Итак, это четыре наиболее распространенных тепловых процесса, о которых вы услышите, говоря о диаграммах PV, и в каждом из них есть что-то уникальное и особенное. Изобарический процесс имеет постоянное давление, и вы можете легко найти работу, потому что это был красивый прямоугольник. , что означало, что вы могли просто умножить высоту на ширину, чтобы газ выполнил работу. Есть изотермический процесс, в котором температура постоянна, внутренняя энергия постоянна, и величина P x V, давление, умноженное на объем, также постоянна. Есть изометрический процесс, также известный как изохорный или изоволюметрический, при котором изменение объема равно 0, что означает, помните, что никакая работа не может быть выполнена. Работа была также 0 для изометрического процесса.

Изометрические векторы тепла — Страница 3

Иконка пустынного кактуса в изометрическом 3d стиле, выделенная на белом фоне символ природы

Пустынный кактус с иконой цветочного пейзажа в изометрическом 3d стиле, выделенный на белом фоне символ природы

Изометрический дизайн термометра иконка векторной веб-иллюстрации 3d красочная концепция

термометр
высоких температурах
медицинский дизайн

Проблема глобального потепления. человеческая рука и термометр с планетой земля внутри. векторная иллюстрация

Значки антифриза двигателя автомобиля устанавливают изометрические векторные вентиляционные отверстия

Иконки генератора электроэнергии устанавливают изометрические векторные аварийные электрические

генератор
электрогенератор
промышленность изометрическая

Изометрическая композиция теплового удара с набором контейнеров для воды, термометром, запрещающим употребление алкоголя, и векторной иллюстрацией людей

Значок электрического гриля простой элемент из коллекции кухонной техники креативный значок электрического гриля для шаблонов веб-дизайна инфографика и многое другое

Векторы системы отопления — Страница 2

Промышленный завод или производственный цех завода пустой внутренний мультипликационный вектор.

Инфографика отопления и охлаждения

отопление и охлаждение
строительная инфографика
электричество

Иконки умного дома

Композиция сантехнических икон плоская

сантехнические инструменты
сантехник инструменты

Комплект электронагревателей: тепловентиляторные и масляно-радиаторные устройства для автономного обогрева помещений в холодное время года. набор отопительных приборов. 3D векторная иллюстрация