W zależności od sposobu wymiany energii możemy zrealizować wiele przemian termodynamicznych.
Podstawowe przemiany:
-
Izobaryczna (Izobar) – przechodzenie w stałym ciśnieniu p=const
-
Izochoryczna (Izochora) – zachodzi przy stałej objętości V=const
-
Izotermiczna – zachodzi przy stałej temperaturze T=const
-
Adiobatyczna (Adiobata) – taka przy której zachodzi wymiana termiczna Q12 = cons
+1 Izobaryczna l12 = p (V1 – V2) p1=p2=p
Przemianę taką można uzyskać ogrzewając (oziębiając) gaz zamknięty w naczyniu którego pokrywa jest ruchoma ze stałym obciążeniem (pokrywa – tłok) tłok może przesuwać się swobodnie. W przypadku dostarczaniu energii – ogrzewanie (oziębianie) temperatura odpowiednio wzrasta lub maleje czyli z temperatury T1 uzyskujemy temperaturę T2, ale ciśnienie jest stałe. Czego widocznym efektem będzie wzrost lub spadek objętości czynnika proporcjonalnie do temperatury (przemieszczenie tłoka).
Na rysunku 12.1 przedstawiono schemat układu a na rysunku 12.2 wykres przemiany w układzie p-V.
Dla tej przemiany równanie stanu gazu przyjmuje równanie V1/V2 = T1/T2 zgodnie z prawem Gay-lussaca a pole pod powierzchnią to tzw praca bezwzględna.
Doprowadzane ciepło zużyto na przyrost energii wewnętrznej i wykonanie pracy.
+2 Przemiana Izochoryczna – przemianę tą możemy realizować przez ogrzanie (oziębienie) gazu w naczyniu zamkniętym o stałej objętości – tłok nie ruchomy. Pojawi się wzrost ciśnienia proporcjonalny do temperatury. Na rysunku 12.3 przedstawiono taki układ a na rysunku 12.4 wykres przemiany w układzie p-V.
Dla tej przemiany równanie stanu gazu przyjmuje postać
p/V = const p1/V1 = p3/V3 ⇒ p1/p3 = V1/V3
W tej przemianie nie zachodzi praca V1=V3=const
Oznacza to że cała energia dostarczona do układu wywołuje zmianę energii wewnętrznej, co oznacza że l=0.
+3 Przemiana Izotermiczna – w tym przypadku zmiany objętości gazu zachodzą przy stałej temperaturze a ciśnienie wzrośnie od wartości początkowej (p1) do wartości końcowej (p2). W takim układzie cylinder musiał by był intensywnie schładzany. Temperatura T1=T2=const. W tej przemianie V1 do V2 zachodzi przy stałej temperaturze, czego następstwem jest wzrost ciśnienia od p1 do p2 przy czym należało by tu założyć że ścianki cylindra będą intensywnie chłodzone zapewniając stałość temperatury. Oznacza to że układ musi zawierać ruchomy tłok na który będzie działać określona siła, powodująca zmianę objętości. Na rysunku 12.6 przedstawiono wykres tej przemiany (hiperbola) przemiana może przebiegać w różnych temperaturach i dla każdej z nich uzyskamy inny przebieg wykresu (hiperboli).
Na rysunku 12.7 przedstawiono schemat i zasadę działania pracy idealnej sprężarki tłokowej jednoskokowej. Ruch tłoka jest wymuszony w trakcie ruchu w prawo, pojawia się w układzie podciśnienie otwarcie zaworu ssawnego, powietrze zasysane o ciśnieniu p1 (linia 01)
Po osiągnięciu punktu 1 tłok zaczyna przemieszczać się w lewo rozpoczyna się proces sprężania do ciśnienia p2 (linia 12). Uzyskujemy ciśnienie otwarcia zaworu tłocznego (linia 23), wtłaczanie gazu, następnie osiągamy skrajnie lewe położenie tłoka (gaz całkowicie usunięty) – zawór tłoczny zamknie się (linia 30).
W przypadku sprężarki doskonałej założono że zawory otwierają się i zamykają bez opóźnienia (brak straty ciśnienia) , cylinder chłodzony odpowiednio (stała temperatura procesu), zasysanie i wtłaczanie. Przy stałym ciśnieniu, tłok porusza się bez tarcia szczelnie przylega do dna i zaworów.