Изотермический процесс
Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянной температуре называют изотермическим.
Для поддержания температуры газа постоянной необходимо, чтобы он мог обмениваться теплотой с большой системой – термостатом. Иначе при сжатии или расширении температура газа будет меняться. Термостатом может служить атмосферный воздух, если температура его заметно не меняется на протяжении всего процесса.
Согласно уравнению состояния идеального газа в любом состоянии с неизменной температурой произведение давления газа на его объём остаётся постоянным: pV=const при T=const. Для газа данной массы произведение давления газа на его объём постоянно, если температура газа не меняется.
Этот закон экспериментально был открыт английским учёным Р. Бойлером(1627 – 1691) и несколько позже французским учёным Э Мариоттом (1620 –1684). Поэтому он носит название закона Бойля – Мариотта.
Закон Бойля – Мариотта справедлив для любых газов, а так же и их смесей, например для воздуха. Лишь при давлениях, в несколько сотен раз больше атмосферного, отклонение от этого закона становится существенным.
Зависимость давления газа от объёма при постоянной температуре графически изображается кривой, которая называется изотермой. Изотерма газа изображает обратно пропорциональную зависимость между давлением и объёмом. Кривую такого рода в математике называют гиперболой.
Разным постоянным температурам соответствуют различные изотермы. При повышении температуры давление согласно уравнению состояния увеличивается, если V=const. Поэтому изотерма соответствующая более высокой температуреТ2, лежит выше изотермы, соответствующей более низкой температуре Т1.
Изотермическим процессом приближенно можно считать процесс медленного сжатия воздуха при расширении газа под поршнем насоса при откачке его из сосуда. Правда, температура газа при этом меняется, но в первом приближении этим изменением можно пренебречь.
Пусть наибольшая скорость V
Общее расстояние S=1.8 км=1800 м
Vср= 54 км/ч
На участке разгона
Vo=0 м/с
t1= 40 c
Скорость меняется по линейному закону , тогда
средняя скорость на участке (V-Vo)/2
S1=(V-Vo)/2 *t1 = V/2*40 = 20V
На участке равномерного движения
t2 = 1.8 /54*3600 –t1 –t3= 120-40-20=60 c
S2=V*t2 = 60V
На участке торможения
Vk=0 м/с
t3= 20 c
Скорость меняется по линейному закону , тогда
средняя скорость на участке (Vk-V)/2
S3=(Vk-V)/2 *t3 =V/2*20=10V
Составим уравнение по расстоянию
S=S1+S2+S3
1800 =20V +60V+10V=90 V
V= 20 м/с =72 км/ч
ответ наибольшая скорость поезда 20 м/с =72 км/ч