lekcii (Лекции), страница 2

В термодинамике энергия Э тел оценивается специальными понятиями: внутренней энергии U и энтальпией jРабота L и теплота Q являются способами передачи энергии от одного тела к другомув процессе того или иного взаимодействия тел.Наблюдается они лишь входепроцессов и представляют нечто переходящее ,поэтому работу LИ теплоту Q называют функциями процесса ,в отличие от внутренней энергии иэнтальпии ,являющимися функциями состояния .Таким образом , работа и теплота немогут быть содержимым тела в отличи от внутренней энергии и энтальпии.В системе единицы СИ в качества единицы Э ,работы L и теплоты Q принят Джоуль1дж=1мощность измеряется в ваттах 1вт = 11 кдж=дж1 мдж=10⁶ джИмеется два способа передачи энергии.1 квт = 11мвт=1000квт10I способ передачи энергии реализуется при непосредственном контакте тел ,имеющихразличную температуру .Количество энергии , полученной телом в форме теплотыназывается подведенной теплотой - + Q дж ; количество энергии , отданные телом вформе теплоты называется отведенной теплотой - - Q дж .В практических расчетах важное значение приобретает отношение теплоты к массерабочего тела – удельная теплота qПодведенная удельная теплота + qОтведенная удельная теплота – qII способ передачи энергии связан с наличием силовых полей или внешнего давления.Количество переданной энергии – в форме работы LСовершенная над телом работа + L джЗатраченная телом работа – - L джУдельная работа ℓРабота процесса –называется передача энергии в термодинамическом процессе отодного тела к другому ,связанное с изменением объема рабочего тела , сперемещением его во внешнем пространстве или с изменением его положения.6.Уравнение состояния.

Общие определенияПараметры состояния взаимно связаны ,а именно :Уравнение представляет собой общий вид уравнения состояния любого однородноговеществаЛюбое равновесное состояние и любые процессы однородные вещества можновыразить графически .11В этом случае недостающий параметр определяются аналитически. Например)Уравнения состояния идеального газаИдеальный газ – газ , в котором силы взаимодействия молекул равны нулю,а самимолекулы являются материальными точками ,т.е имеющими массу , но не имеющиеобъема .Реальные газы – газы ,где действуют силы взаимодействия , а молекулы имеют объем.Реальные газы при определенных условиях приближаются к идеальным газам .12Уравнение состояние идеального газа ,называется уравнение Клайперона имеет вид:; T °KR – газовая постоянная данного газаR-численно равна работе расширения 1 кг газа при нагревании его на 1 °K припостоянном давлении (P=const)Если вместо удельного объема Ѵподставить отношение,в такомслучае имеем :Уравнение состояния для одного моля идеального газаКиломолем или килограмм-молекулой называется количество вещества по массе вкилограммах , численно равное молекулярному весу µ данного веществаНа основании закона Авогадро известно , что при равных давлениях и температурахобъем одного моля для всех газов одинаков ,т.еНапример, при нормальных условияхтемпературеплотность азота(760 мм.рт.ст.) и,тогда, т.е при нормальных условиях объем моля любогогаза равен:Реальные газы в ряде случаев отклоняются от числа 22,4 ,например :13ДляДляДля 1 моля газа уравнение примет видПри нормальных условиях : 101325Уравнение состояния для 1 моля идеального газа имеет видВеличина называется универсальной газовой постоянной или постояннойМенделеева а уравнение называется уравнением Клайперона-МенделееваГазовая постоянная для любого газа равнаУравнения состояния идеального газа с допустимой погрешностью используется врасчетах для реальных газов в состоянии близких к сжижению .

Для них используетсяуравнения состояния для реальных газов.В общем случае уравнение состояния для реальных газов имеет вид :C – коэффициент сжатияКоэффициент C может быть больше и меньше нуля (С>0 или C<0)Повышение давления ,понижение температуры ,увеличение концентрации молекул ,где устанавливают отклонения свойств реального газа от идеального.147.Газовые смесиВ качестве рабочих тел используют газовые смеси – воздух; продуктысгорания топлива (…); горючие газы (природный газ , светильный гази т.д )Исходным законом для определения свойств смеси газа является закон Дальтона : вгазовой смеси каждый компонент проявляет себя так , как если бы другиекомпоненты отсуществовали ,т.е каждый газ ,входящий в смесь находиться при своемпарциальном давлении и занимает весь объем смеси.Общее давление смеси равно сумме парциальных компонентовОпределение молекулярной массы смесиПри равномерном перемешивании смесь можно считать однородной средой.Молекулярная масса смесиопределяется по количественному составу смесиКоличественный состав газовой смеси задается :Числом молей компонентовОбъемными долями компонентовМассовыми долями компонентовВ рабочих условиях камеры сгорания топки котла , газовый турбины газовыманализатором экспериментально устанавливается состав продуктов сгорания топливаобъемными долями ; при проектировании теплосиловых установок состав газовойсмеси устанавливается расчетом по массе и по молям .Объемные доликомпонентовопределяются отношениями приведенных объемовк общему объему смесиМассовые долиопределяются отношениями масс компонентовобщей массе газовой смеси GСостав смеси , заданный числом молей компонентовк15Известны :Средняя молекулярная масса смеси равна сумме масс компонентовСостав смеси задан по объему :- общий объем смеси-парциальные объемы компонентов приведенные к объему давления смеси PОтносительный состав смеси задается объемными долямиЕсли r в процентах ,тоСоотношения между r и M :Состав смеси задан по массе компонентовМассовые доли компонентов смеси :16Соотношение между q и rВ реальных условиях измеряется общее давление газовой смеси .Величиныпарциальных давлений могут быть вычислены если известен количественныйсостав смеси.Если заданы объемные доли :Если заданы мольные доли :17Если заданы массовые доли :8.Уравнение состояния в дифференциальной формеУравнение состояния в общем видеДля любого вещества может быть представлена в дифференциальной формеДля условийиимеем :В окончательной форме :-термическая упругость вещества18–термическая расширяемость вещества-термическая сжимаемость вещества9.Теплоемкость газов9.1 Основные виды теплоемкостей газовТеплоемкость измеряется количеством теплоты , необходимой для нагреванияединицы вещества на один градус в данном процессе .Различают следующие виды теплоемкостей :Массовая теплоемкостьОбъемная теплоемкостьМольная теплоемкостьТеплоемкость зависит от физических свойств газа , от его атомности.Мольная теплоемкость газа увеличивается с увеличением атомности газовТеплоемкость зависит от параметров состояния газа (Т,Р) .

Для идеальных газов посуществу теплоемкость зависит только от Т.Теплоемкость газа зависит так же от характера процесса(так как теплота являетсяфункцией процесса).Теплоемкость является свойством вещества газа , если онаотноситься к определенному фиксированному процессу . В качестве основныхтеплоемкостей приняты для газовых процессов :Все эти виды теплоемкостей даны в справочникахСоотношения между основными видами теплоемкостей для идеального газа19- уравнение Майера9.2.Зависимость теплоемкости газов от температуры Т . Истинная средняятеплоемкостьТеплоемкость газов с увеличением температуры повышается (так как устанавливаетсяколебательное движения атомов и молекул)Теплоемкость ,взятая при данной температуре t называется истинной теплоемкостьюФункцияпредставляется многочленом тела20В технических расчетах не используется истинная теплоемкость .

Вводитсяпонятие средней теплоемкости , некоторой константе в данном интервалетемпературЧисловые величины для интервалов температурподсчитаны и сведены в таблицу (по конечной температуре)для всех видов газовТепловые потоки рассчитываются по соотношениям :В интервале температур:,Илисредние табличные теплоемкости- индекс среднего значения(«middle»)Наряду с таблицами имеются и формулы для определения средних теплоемкостейНапримерДля воздуха в интервале температурСредняя мольная теплоемкость при:При температуре газов меньше 200°С зависимость теплоемкостей от температурыможно не учитывать219.3 Определение теплоемкости газовой смесиТеплоемкость газовой смеси определяют по теплоемкости компонентов взависимости от состава смеси :10.Первый закон термодинамики10.1.ОпределенияНаиболее общим законом всех энергопревращений является принцип сохраненияэнергии .Согласно этому принципу энергия изолированной системы при любыхпроисходящих в системе процессах может переходить из одной формы в другую ,нопо своей величине она остается неизменной.Если обозначить символом Э энергию системы , то при условии полной изоляции отвнешних взаимодействий для любого изменения состояния будет справедливовыражениеилиГде индекс «1» относится к начальному ,а индекс «2» относится к конечномусостоянию .Закон сохранения энергии трактуется еще в форме принципа невозможностисоздания вечного двигателя I рода – машины способной выполнять работунеограниченно долгое время без потребления энергии извне.Первый закон термодинамики является частной формой общего принципа сохраненияэнергии , применяемой в условиях термодинамических превращений .

как отмеченовыше .Термодинамические процессы предполагают две возможные формы взаимодействияс внешними системами ,а именно работу и теплоту.В этом случае изменение энергии Э за счет взаимодействия с внешней системой ,принимающей извне теплоту Q и выполняющей работу L , равно :или22Это базисное уравнение первого закона термодинамики , формулирующиесяследующим образом :Теплота Q сообщенная извне термодинамической си системе ,расходуется наизменение энергии системы Э и на выполнение работы LНиже рассматриваются два возможных варианта уравнения первого законатермодинамики для условий закрытой и открытой термодинамических систем.10.2.Закрытая система .Работа процесса.Закрытой системой называется термодинамическая система через границы которойможет передаваться работа и теплота , но само рабочее вещество не пересекаетграниц системы .Пример : масса газа внутри эластичной газонепроницаемой оболочки (воздушныйшар с газовой горелкой внутри)В условиях закрытой системы работа газаопределяется исключительно изменением егообъема ,т.е по существу они являются работойдеформации телаВообразим что 1 кг газа в условиях закрытойсистемы при внутреннем давлении иобъеме V расширяется , преодолевая силывнешнего давления .Если внутреннее давление превышает внешнее давлениелишь на бесконечно малую величину , то процесс расширения будет протекать оченьмедленно , без внутреобразования внутри самого газа , избегая явленийнеобратимости ; обратимость процесс расширения, обеспечивает максимумвыполняемой работы .В целях упрощения последующего обсуждения примемпри сжатиизатрачивается работа из вне и она со знаком, при расширении – со знакомПри бесконечно малом изменении на каждом элементарном участкесовершает работу, то,но всей поверхности Pгаз,но поскольку,для конечного обратимого процесса23Рассмотрим работу изменения объема в случае движения поршня в цилиндре.Процесс расширения газа также идет с бесконечно малой скоростью , т.е являетсяобратимым процессом обратимые процессы изображаются графически в PVдиаграмме24Величина работы расширения зависит от характера процесса .Работа обратимогопроцесса сжатия вычисляется по этой же формулеПри расширенииПри сжатии10.3 Математическое выражение I закона термодинамики для закрытой системыподведенное теплоэлементарная работа расширения25изменение внутренней энергии в элементарном процессе.После интегрирования получимивнутренняя энергия в начальном и конечном состоянии.изменение внутренней энергии.Математическое выражение первого закона термодинамики для закрытой системыгласит:Теплота , сообщающаяся из вне, в результате термодинамического процессарасходуется на изменение внутренней энергиина совершение работырасширения .При обратных процессах:10.4.