lekcii (Лекции), страница 4

Политропные процессы14.5.1. ОпределенияПолитропными называются такие обратимые процессы, в которых изменяются всепараметры состояния, где участвуети совершается работа . Политропныхпроцессов множество, они отличаются друг от друга теплоемкостью . Каждомупроцессу соответствует своя теплоемкость.14.5.2. Изображение политропных процессоввдиаграммеПунктиром изображено множество политропных процессов.Уравнение политропыЧастные случаи политропныхпроцессов:1.482.3.4.Остальные процессы имеют промежуточные величины14.5.3. Вывод уравнения политропыВ качестве базы возьмем уравнения первого законагдетеплоемкость при политропном процессеВ таком случае исходное уравнение можно переписатьРазделив правую и левую части уравнений:Обозначивпоказатель политропы14.5.4.

Определение теплоемкости политропного процессатак както49,т.е.Отрицательная теплоемкостьприПоложительная теплоемкостьприФизический смысл отрицательной теплоемкостиПритеплоемкость. В этих политропных процессах при расширениигаз производит работу значительно превышающую то количество тепла, котороеподводится к газу в процессе расширения.

В этом случае на производство работыпомимо тепла, подводимого к газу, расходуется и некоторое количество еговнутренней энергии. Хотя к газу и подводится тепло, но оно целиком превращается вработу, а убыль внутренней энергии газа ведет к снижению его температуры. Такимобразом, в данном случае мы имеем дело с весьма своеобразным процессом: тепло ксистеме подводится, но температуры системы уменьшается. В соответствии с общимопределение теплоемкости, мы приходим к выводу, что теплоемкость такогополитропного процесса отрицательна.Зависимость теплоемкости от показателя политропы представлена на рисунке5014.5.5.

Соотношения основных параметровв политропных процессахиии14.5.6. Определение работы расширения в политропных процессахФормулы по аналогии с адиабатой14.5.7. Изменения энтропии в политропных процессахт.к.По этой формуле можно построить политропу, если задан показатель .51Расположение политропы вдиаграммеУклон политропОчевидно, что с увеличениемуклон политроп увеличивается.14.5.8. Классификация политропных процессовпо характеру энергобалансовкаждый политропный процесс характеризуется своим энергобалансом.

По характеруэнергобалансов все политропные процессы можно разбить на три группы:1.Процесы, идущие при расширении за счет теплоты , сообщаемой рабочему телуизвне.52Схема энергобалансаДля этой группы2.Процессы идущие при расширении за счет теплоты, сообщаемой рабочему телу, иизменению внутренней энергии.Схема энергобалансаДля этой группы3.Процессы, происходящие за счет снижения внутренней энергии рабочего телаСхема энергобаланса53Для этой группыВ каждой группе имеется множество процессов, которые отличаются друг от другавеличинами.14.5.9. Определение показателя политропы n по графику в PV- диаграммеДляточек процессапо масштабу измеряются параметры:54Второй способТак как для любой точкивеличиныследовательно, уравнениемогут быть найдены измерение то,позволяет определить величину показателя.При процессах с переменным показателем , как это бывает в реальных условиях,очевидно, что первый способ дает среднее значение показателядля всего процесса.15.

Определение располагаемой работы в обратимых процессахПри исседовании процессов в открытых системах в основу берут уравнение первогозакона термодинамики во второй форме:изменение энтальпиирасполагаемая техническая работа55Схема энергобалансаУстановим общее состояние междуипо исходному определениюработа проталкиванияпоказатель политропыДля политропного процессаДля адиабатного процесса(для адиабаты)56Для изотермного процессаДля изобарного процессаДля изохорного процессаВ насосах, гидроприводах в качестве рабочего тела используется жидкость (вода,масло и т.п.), которая практически несжимаема, поэтому:припри(насосы)5716.диаграммаШироко используется наряду сдиаграммами. Рассмотрим в iS- диаграммеосновные виды обратимых термодинамических процессов.Адиабатный процессОбратимая адиабата вдиаграмме изображается вертикальной прямой,направленной вниз при расширении и вверх при сжатии.адиабатный переход энтальпииэто соотношение справедливо и для реальных газов и паров.Изотермный процесс58Далее будет показано, что для реальных газов изотерма изображается снижающейсяили повышающейся кривойИзохорный и изобарный процессы59Таким образом, вдиаграмме уклон изохоры больше уклона изобары.Содержание этого раздела было посвящено исследованию обратимых процессовидеального газа, то- есть газа, подчиняющегося уравнению Клапейронаиимеющего постоянную теплоемкость.

Многие реальные газы при умеренныхдавлениях и достаточно высоких температурах весьма хорошо следуют уравнениюКлапейрона.Например, воздух и продукты сгорания топлива, используемые как рабочее веществоряда машин и аппаратов в термическом отношении могут исследоваться с помощьюприемов (аналитических и графических), разработанные в этом разделе.Однако необходимо заметить, что в отоличие от условий идеального газатеплоемкость реальных газов непостоянна и является функцией температуры.

Этозависимость существенно обнаруживается при высоких температурах. Поэтомурасчетные формулы энергетических соотношений (оценка внутренней энергии,энтальпии, энтропии), установленные для идеального газа в предположениипостоянной теплоемкости нуждаются в коррективах. Соответствующиетеплотехнические расчеты приводятся на основе использования понятий среднихтеплоемкостей.17.

Итоговые формулировки закона термодинамикиПеред изложением закона термодинамики повторно сформулируем основныеформулировки первого закона термодинамики.1. Невозможно возникновение и уничтожение энергии2. Любая форма движения способна и должна превращаться в любую другую формудвижения3.

Внутренняя энергия является однозначной формой состояния4. Вечный двигатель первого рода невозможен605. Бесконечно малое изменение внутренней энергии является полнымдифференциалом6. Сумма количества теплоты и работы не зависит от пути процессаПервый закон термодинамики, постулируя закон сохранения энергии длятермодинамической системы не указывает на направление происходящих в природепроцессов. Направление термодинамических процессов устанавливает второй законтермодинамики.18.закон термодинамикиИсследование круговых процессов.18.1. СодержаниезаконаВторой закон, как и первый закон разрешает вопросы взаимного преобразованиятеплоты работы, но рассматривает этот вопрос с другой точки зрения.В отношении тепловых машин решает две задачи:1. Устанавливает общие условия, при которых возможно преобразование теплоты вработу.2.

Определяет степень полезного использования теплоты в тепловых двигателях,устанавливает возможный предел превращения теплоты в работу.Заметим, что первый закон выражает собой закон сохранения энергии и неустанавливает никакого различия между энергиями (тепловой и механической,например). Все виды энергии равноценны.Второй закон устанавливает принципиальное различие между превращениямиработы в тепло и тепла в работу. Превращениепроисходит очень легко.

Всюмеханическую работу можно превратить полностью в теплоту; превращениесбольшими трудностями при определенных условиях, например, в тепловыхдвигателях никогда вся теплота не может быть превращена в работу .Таким образом, энергиикачественно неравноценны.18.2.

Базисные формулировкизакона термодинамики.61Второй закон также как и первый закон эмпирические. Он получается на основеопыта. Имеется много различных формулировок второго закона, но все они логическисвязаны.Постулат Клаузиуса«Теплота сама собой, т.е. без затраты работы не может переходить от холодных тел кболее нагретым, в то время как обратный процесс протекает самопроизвольно.Следовательно, процесс теплообмена между телами при конечной разноститемператур является всегда односторонним необратимым процессом».Формулировка Карно«Всюду где имеется разность температур возможно получение работы за счеттеплоты».

Разность температур первопричина перехода теплоты в работу. Разностьтемператур в тепловом двигателе вызывает разность давлений.Формулировка Кельвина Планка«Невозможна непрерывная работа тепловой машины, все эффекты которойсводились бы к подъему груза и теплообмену с одним источником теплоты».Недостаточно иметь только источник теплоты (теплоотдатчик) нужен обязательно итеплоприемник.формулировкаНевозможно создание вечного двигателя второго рода.