Vypracovala: B. Horváthová
Práca, ktorú môže vykonať plyn uzavretý vo valci s pohyblivým piestom pri zväčšovaní objemu, má ohraničenú veľkosť. Objem plynu sa nemôže ustavične zväčšovať.
Dej, pri ktorom je konečný stav sústavy totožný so začiatočným stavom, sa nazýva kruhový dej.
Grafickou závislosťou tlaku plynu ako funkcie objemu pri kruhovom deji je vždy uzavretá krivka.
Práca, ktorú vykoná plyn alebo para pri zväčšovaní objemu zo stavu A do B, je graficky znázornená ako obsah plochy, ktorý leží v pracovnom diagrame pod krivkou A1B.
Pri prechode plynu zo stavu B do stavu A, sa objem pracovnej látky pôsobením vonkajšej sily zmenšuje a okolité telesá konajú prácu. Veľkosť tejto práce je graficky znázornená obsahom plochy ohraničenej krivkou B2A.
Rozdiel obsahov oboch plôch sa rovná obsahu plochy ohraničenej krivkou A1B2A. Obsah plochy vnútri krivky, znázorňujúci v p,V diagrame kruhový dej, znázorňuje celkovú prácu vykonanú pracovnou látkou počas jedného cyklu.
V rokoch 1841 – 1845 si lekár J. R. Mayer ako prvý uvedomil, že teplo je rovnocenný pojem k pojmu práca. Okrem mechanickej energie rozlíšil ďalšie formy energie: tepelnú, elektrickú, magnetickú, a energiu chemickej väzby. Odlíšil teplo ako veličinu popisujúcu dej, od pojmu tepelná energia, čo je veličina popisujúca stav. Tepelnú energiu dnes nazývame vnútornou energiou.
Pri kruhovom deji je začiatočný stav látky totožný s konečným stavom, celková zmena vnútornej energie pracovnej látky je po ukončení jedného cyklu nulová. Teleso, od ktorého pracovná látka prijme teplo, sa nazýva ohrievač. Teleso, ktorému látka odovzdá teplo, sa nazýva chladič.
Celkové teplo, ktoré pracovná látka počas jedného cyklu prijme, je Q = Q1 – Q2, Q1 je teplo od ohrievača, Q2 je teplo, čo sa odovzdá chladiču.
Účinnosť ľubovoľného kruhového deja sa dá vyjadriť vzťahom:
Z tepla prijatého od ohrievača sa iba časť dá využiť na konanie práce, zvyšok tepla odovzdá pracovná látka chladiču.
Túto skúsenosť vyjadruje druhý termodynamický zákon: Nemožno zostrojiť periodicky pracujúci tepelný stroj, ktorý by teplo od istého telesa iba prijímal a vykonával rovnako veľkú prácu.
Príklad: Z akých dejov sa skladá kruhový dej s ideálnym plynom, ktorého graf je na obrázku? Akú prácu vykoná plyn pri deji zobrazenom úsečkou AB, BC, CD, DA? Akú celkovú prácu vykoná plyn pri kruhovom deji ABCDA?
Dej zobrazený úsečkou AB, je izobarické zväčšenie objemu plynu, na úseku BC je izochorické zníženie teploty, dej CD je izobarické zmenšenie objemu plynu a dej DA je izochorické zväčšenie teploty plynu. Takéto deje môžeme uskutočniť napríklad s plynom uzavretom v nádobe s pohyblivým piestom.
Na úseku AB má plyn stály tlak a zväčšuje svoj objem a pritom vykoná prácu.
Pri deji CD plyn pri stálom tlaku zmenšuje svoj objem, koná sa práca.
Pri izochorických dejoch BC, DA je objem plynu stály a plyn prácu nekoná. Celková práca vykonaná plynom pri kruhovom deji je:
W = W1 + W2 = 2000 – 800 = 1200 J
Túto prácu by sme mohli graficky vyjadriť ako obsah obdĺžnika ABCD.
Pri deji AB plyn od svojho okolia teplo prijíma. Pri dejoch BC a CD plyn svojmu okoliu teplo odovzdáva a pri deji DA plyn od svojho okolia teplo prijíma.
Úlohy:
1) Definujte kruhový dej.
2) Plyn prijal z ohrievača počas jedného cyklu teplo 7MJ a odovzdal chladiču 3MJ. Akú prácu plyn vykonal?
3) Akú prácu vykoná plyn počas jedného cyklu kruhového deja znázorneného na obrázku?
Obrazová príloha:
Učebnica Fyzika pre 2. Ročník gymnázia, E. Svoboda a K. Bartuška
Použitá literatúra:
E. Svoboda a K. Bartuška – Fyzika pre 2. Ročník gymnázia
P. Tarábek – Zmaturuj z fyziky