ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ АДИАБАТЫ γ. КАК ЕГО МОЖНО РАССЧИТАТЬ ЧЕРЕЗ СТЕПЕНИ СВОБОДЫ МОЛЕКУЛ ГАЗА?

DEFINE THE ADIABATIC EXPONENT γ. HOW CAN IT BE CALCULATED IN TERMS OF THE DEGREES OF FREEDOM OF GAS MOLECULES?

Victoria Kobrikova

Student, Faculty of Ecology and Technosphere Safety Russian State Social University,

Russia, Moscow

Bekbulatov Damir Ravilovich

scientific director, Senior Lecturer, Russian State Social University,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

Когда в физике изучается поведения газа, то в большей степени изучение направленно на изопроцессы, то есть такие процессы, во время которых один из термодинамических параметров остается неизменным. Однако помимо изопроцессов существует еще один процесс, который также имеет немаловажную значимость в природе и технике. Этот процесс называется адиабатическим.

ABCTRACT

When the behavior of a gas is studied in physics, the study is more focused on isoprocesses, that is, such processes during which one of the thermodynamic parameters remains unchanged. However, in addition to isoprocesses, there is another process that also has an important significance in nature and technology. This process is called adiabatic.

Ключевые слова: физика, термодинамика, адиабата, изопроцесс.

Keywords: physics, thermodynamics, adiabatic, isoprocess.

Данный процесс осуществляется только при наличии определенных условий. Первым условием является то, что теплопроводность окружающей среды и системы должна быть низкой. А вторым условием протекания адиабатического процесса является то, что скорость процесса должны быть высокой, для того чтобы не успевал происходить обмен теплом между внешней средой и системой.

В соответствии с определением адиабатического процесса, можно записать следующее выражение согласно первому закону термодинамики:

 (1)

 – изменение внутренней энергии.

 –  давление в системе.

 – изменение объема.

Если использовать уравнение состояния идеального газа, то получится следующее выражение:

 (2)

 – объем.

 – показатель адиабаты.

Это выражение называется уравнением Пуассона. Показатель адиабаты, с которым можно встретиться в уравнении Пуассона для идеального газа, является отношением теплоемкости при неизменном давлении к такой же величине, но уже при неизменном объеме. Изобарную теплоемкость обозначим С_Р, а изохорную теплоемкость – C_V.  В таком случае для показателя γ будет следующее выражение:

 (3)

С_Р – теплоёмкость изобарная.

C_V – теплоёмкость изохорная.

Одноатомный идеальный газ является самой простой газовой системой. При изобарном нагреве одного моля газа на 1 Кельвин, газ совершит работу, которая будет равна универсальной газовой постоянной. Подставив в последнее равенство универсальную газовую постоянную, получим следующее выражение:

 (4)

R - универсальная газовая постоянная.

Отсюда можно выразить:

 (5)

Следовательно, для одного моль одноатомного газа будет справедливо следующее выражение:

 (6)

Из вышенаписанных выражений можно найти значение показателя адиабаты:

 (7)

На показатель адиабатического процесса влияет только число степеней свободы молекул, а количество веществ в системе никак не влияет на данный показатель. Коэффициент 3/2 в вышенаписанном уравнении имеет связь с количеством степеней свободы у одноатомного газа. Одноатомная молекула может двигаться лишь в одном из трех направлений пространства. Двухатомные молекулы имеют 5 степеней свободы. В связи с этим выражение преобразовывается в следующее:

 (8)

Если мы возьмем многоатомную молекулу, то она имеет 6 степеней свободы. Показатель адиабаты приобретает следующий вид:

 (9)

Из этого следует, что показатель адиабаты будет уменьшаться при увеличении числа атомов в молекуле газа.

Список литературы:

1. Э.М. Карташов, В.А. Кудинов, Е.В. Стефанюк. Техническая термодинамика и теплопередача. - М.: Юрайт, 2012. - 576 с.
2. Н.И. Прокопенко. Термодинамический расчет идеализированного цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2006. - 144 с.
3. Н.И. Прокопенко. Термодинамический расчет идеализированного цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2009. - 144 с.
4. В.А. Кудинов, Э.М. Карташов, Е.В. Стефанюк. Техническая термодинамика и теплопередача. - М.: Юрайт, 2011. - 560 с.
5. Основы теории тепловых процессов и машин. В 2 частях. Часть 1. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2009. - 560 с.
6. А.А. Гухман. Об основаниях термодинамики. - М.: ЛКИ, 2010. - 384 с.
7. В. Шюле. Техническая термодинамика. Том 1. Книга 2. - М.: Государственное энергетическое издательство, 1934. - 260 с.
8. Загрядцкий Владимир Иванович; Харитонова Л.Г. К Вопросу Создания Автономного Энергосберегающего Источника Энергии. - М.: 2008. - 3 с.