Механическая работа газа
Работа газа — это энергия, которую газ передаёт окружающим телам при изменении своего объёма. При расширении газ обычно совершает положительную работу, а при сжатии работа газа отрицательна.
Формула работы газа
Если давление постоянно, работу находят по формуле:
Здесь \(p\) — давление газа, \(V_1\) — начальный объём, \(V_2\) — конечный объём. В СИ давление измеряют в паскалях, объём — в кубических метрах, поэтому работа получается в джоулях. Если давление меняется, используют площадь под линией процесса на графике \(p(V)\) или записывают \(A=\int_{V_1}^{V_2}p\,dV\).
Знак работы
- При расширении: \(V_2>V_1\), поэтому \(A>0\) — газ совершает работу над внешними телами.
- При сжатии: \(V_2<V_1\), поэтому \(A<0\) — внешние тела совершают работу над газом.
- При неизменном объёме: \(V_2=V_1\), поэтому \(A=0\).
Газ расширился при постоянном давлении \(p=200\,000\) Па от \(V_1=0{,}01\,\text{м}^3\) до \(V_2=0{,}03\,\text{м}^3\). Тогда \(A=p(V_2-V_1)=200\,000\cdot0{,}02=4\,000\) Дж. Работа положительна, потому что газ расширяется.
Работа газа и работа внешних сил при одном и том же процессе имеют противоположные знаки: при расширении работа газа положительна, а работа внешних сил отрицательна.
Газ сжимают, и его объём уменьшается. Каков знак работы газа?
Главное
- Работа газа при постоянном давлении вычисляется по формуле \(A=p\Delta V\).
- Расширение даёт положительную работу, сжатие — отрицательную, неизменный объём — нулевую.
- На графике \(p(V)\) работа равна площади под графиком процесса.