Lucrul gazului in procesele termodinamice

Principiul întâi al termodinamicii constituie o particularizare a legii conservării energiei la procesele în care intervine mișcarea termică a materiei, adică mișcarea dezordonată a unui număr mare de particule (atomi, molecule etc.).Energia unui sistem termodinamic este egală cu suma tuturor energiilor particulelor componente. Energia unui sistem se măsoară în raport cu un sistem de referință solidar cu sistemul termodinamic și cu originea în centrul de inerție al sistemului.

Ca urmare a interacțiunii dintre sistemul fizic și mediul exterior poate avea loc un transfer de energie. Acest transfer de energie se poate face cu sau fără variația parametrilor externi. În cazul în care interacțiunea are loc cu variația parametrilor externi, avem de-a face cu un proces mecanic sau cu o acțiune mecanică iar energia transferată se numește lucru mecanic. Un proces de interacțiune are loc și în alte situații când parametrii externi care variază sunt inducția electrică, inducția magnetică etc. Daca interacțiunea are loc fără variația parametrilor externi, transmiterea energiei se numește schimb de căldură, iar energia transmisă se numește căldură. Rezultă că deși lucrul mecanic și căldura au dimensiunile unei energii, ele nu sunt forme de energie, ci forme de schimb de energie și nu sunt echivalente. Lucrul mecanic este o forma macrofizică (ordonată) de transmitere a energiei de la un sistem la altul, în timp ce căldura este o forma microfizică (neordonată) de transmitere a energiei.

Modele

În tehnică, în special în termoenergetică, se folosesc următoarele tipuri de modele:

• Modelul gazului ideal, care pentru aer și amestecuri de gaze departe de punctul critic este o aproximație cât se poate de satisfăcătoare, astfel că expresiile matematice care descriu transformările se referă la proprietățile gazului ideal, caracterizat prin ecuația de stare:

 pV=mMRT

unde:

p este presiunea, în Pa;

V este volumul, în m³;

m este masa gazului, în kg;

M este masa molară a gazului, în kg/kmol;

R este constanta universală a gazelor = 8314,472 m³ Pa K^-1 kmol^-1[1]

T este temperatura absolută, în K.

• Modelul gazului semiideal, caracterizat prin ecuația de stare a gazului ideal, însă admițând că capacitatea termică a agentului termic variază cu temperatura.

• Modele ale gazelor reale, pentru care ecuația de stare a gazelor ideale este nesatisfăcătoare. Expresiile matematice ale ecuațiilor de stare sunt foarte complexe, astfel că în acest caz pentru calcule în aplicații practice se folosesc diagrame, tabele de valori, și, actual, aplicații pe calculator.