§ 19. ИЗОБАРИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС В ИДЕАЛЬНОМ ГАЗЕ
Рассмотрим изобарический процесс, который можно продемонстрировать с помощью устройства, изображенного на рисунке 2.6. При нагревании газа в таком приборе (термоскопе) его объем увеличивается (жидкость А в горизонтальной трубке смещается
Рис. 2.6.
вправо), а внешнее давление остается неизменным.
Запишем первое начало для идеальных газов:
Если масса газа равна 1 молю, то, продифференцировав уравнение состояния для моля идеального газа
при постоянном давлении, получим:
что позволяет представить первое начало для рассматриваемого случая в форме
Деля на
получим:
Величина характеризует теплоемкость газа при постоянном давлении, и так как по условию был выбран моль газа, то в рассматриваемом случае есть мольная теплоемкость при постоянном давлении. Обозначая эту величину через
перепишем (19.2) в виде
Соотношение (19.3) является одним из наиболее важных результатов теории разреженных (идеальных) газов, его введение связано главным образом с именем немецкого ученого Роберта Майера
который на его основе осуществил расчет механического эквивалента теплоты при установлении закона сохранения энергии.
Из изложенного следует, что при изохорических и изобарических процессах в идеальных газах при использовании мольных теплоемкостей тепловые эффекты рассчитываются по формулам:
В термодинамике этим заканчивается исследование калорических свойств идеальных газов. Полученный результат весьма важен, но он обладает и известной неполнотой: методами термодинамики нельзя рассчитать значение
Молекулярно-кинетическая теория в этом отношении дополняет термодинамическую теорию, она раскрывает связь теплоемкости при постоянном объеме с внутренним строением молекул.
Рис. 2.7.
Рис. 2.8.
Рассмотрим работу газа в изобарическом процессе. Согласно (8.3) при постоянном давлении
где
конечный и начальный объемы системы.
На рисунке 2.7 представлена изобара в системе координат
и V и площадь прямоугольника, изображающего совершенную работу
Используя уравнение состояния идеального газа, выражение (19.5) можно представить в форме