Физика. 10 класс

Геометрическое толкование работы. Работу газа можно определить графически. Изобразим график зависимости давления газа от его объёма при р = const (рис. 68). Если процесс перехода газа из начального состояния в конечное является изобарным (АВ — изобара), то работа силы давления газа численно равна площади прямоугольника V₁АВV₂.

Если процесс перехода газа из начального состояния в конечное не является изобарным (рис. 69), то работа силы давления газа при изменении объёма от V₁ до V₂ численно равна площади фигуры, ограниченной графиком процесса (кривая 12), осью ОV и прямыми, соответствующими значениям объёмов V₁ и V₂.

Процесс, при котором термодинамическая система, прошедшая некоторую последовательность состояний, возвращается в исходное состояние, называют циклическим процессом или циклом (рис. 69.1). Работа, совершаемая системой при циклическом процессе, или работа цикла, численно равна площади фигуры, ограниченной линиями, которые изображают цикл в координатах р, V:

A = A₁₂ + A₂₃ + A₃₁ = S₁₂ + S₂₃ + S₃₁ = S₁₂ + S₃₁ = S₁₂₃₁,

где S₂₃ = 0, S₁₂₃₁ > 0 на рисунке 69.1, а и S₁₂₃₁ < 0 на рисунке 69.1, б.

Если «кривая расширения» (изобара 1 2) (рис. 69.1, а) расположена выше «кривой сжатия» (изотерма 3 1), то полная работа, совершённая системой за цикл (работа цикла), положительна. Если же, как изображено на рисунке 69.1, б, «кривая сжатия» (изобара 3 1) расположена выше «кривой расширения» (изотерма 1 2), то работа цикла отрицательна.

Работу газа определяют не только начальное и конечное состояния системы, но и вид процесса. Например, газ из состояния 1 можно перевести в состояние 3 либо в результате изотермического расширения (рис. 70), либо сначала изохорно понизив его давление до значения р₂, а затем изобарно увеличив его объём до значения V₃. В первом случае работа газа больше, чем во втором.

Следовательно, работа, совершаемая термодинамической системой при переходе из одного состояния в другое, зависит не только от начального и конечного состояний системы, но и от вида процесса.