Работа, совершаемая телом при изменениях его объема.

Взаимодействие данного тела с соприкасающимися с ним телами можно охарактеризовать давлением, которое оно на них оказывает. Перемещение точек приложения сил взаимодействия сопровождается изменением объема тела. Следовательно, работа, совершаемая данным телом над внешними телами, может быть выражена через давление и изменения объема тела.

Если рассматриваемым телом (системой) является газ, заключенный в цилиндрический сосуд, закрытый плотно пригнанным легко скользящим поршнем, то при своем расширении на очень малую величину он будет перемещать поршень и совершать над ним элементарную работу, пропорциональную величине данного расширения.

Работа, совершаемая при конечных изменениях объема от V₁ до V₂, должна вычисляться как сумма элементарных работ.

Получим выражение для работы при различных процессах в идеальном газе.

Изобарический процесс проходит при постоянном давлении: р = const. При этом процессе с увеличением объема к системе необходимо подводить теплоту, для того чтобы обеспечить постоянство давления. Работа в данном процессе определяется выражением

.

Изохорический процесс осуществляется при постоянном объеме: V = const. Поскольку объем газа не меняется, газ не совершает никакой работы:

,

т. е. при изохорном нагревании вся сообщенная газу теплота полностью расходуется на увеличение его внутренней энергии.

Изотермический процесс осуществляется при постоянной температуре: Т = const. Работа равна

.

В этом процессе внутренняя энергия идеального газа не изменяется, так как Т = const и, следовательно, DU = 0. Поэтому на основе первого начала термодинамики Q = А. Это означает, что в изотермическом процессе все количество теплоты, подводимое извне, идет на совершение работы.

Адиабатический процесс – это процесс, при котором отсутствует теплообмен с окружающей средой. Поэтому первое начало термодинамики для этого процесса записывается в виде

DU + pDV = 0.

Очевидно, что DU< 0 при DV> 0 и, следовательно, работа, совершаемая газом при расширении, происходит за счет его внутренней энергии; DU>0 при DV<0, поэтому работа, совершаемая над газом, приводит к увеличению его внутренней энергии.

Работа при адиабатическом процессе равна

,

где T₁, T₂ – соответственно начальная и конечная температура газа.