Первый закон термодинамики и его приложения Кошкин В.К. Михайлова Т.В. (1013626), страница 4
Текст из файла (страница 4)
1. Равновесная система характе - . ризуется тем, что внутри нее ° 1 — с конечныыи скорсстяьщ иэыенения термодинамических параметров; 2 — без теплообмена с внешней сре- 2. Равновесным процессом называется процесс, протекающий ... Протекание равновесного процесса предусматринает отсутствие потерь на тренке, зазихрение и т.д., и система при этом совершает максимальыую работу против внешних сиЛ. Только равновесное состояние и разаовесный термодинаыический процесс могут быть изображены гре4щчески, так кэк при этом каждому состоянию отнечает одно вполае определенное значение термодинамических параметров.
Контре ьнан карточ а 9 1. Процесс должен протекать бесконечно медленно (кзазистатически). Таким образом, только равновесные процессы могут быть обратиэвми. 2. должно соблюдаться механическое равновесие, т.е. бесконечно малая разность давлениИ (/р у рабочего тела, изменяющего свое состояние, и у внешней среды. 3. Колино соблюдаться термическое равновесие, т.е. бесконечно малая разность температур гут у рабочего тела и внешней среды. В и тинном случае появляются необрати(л(е процессы теплообмена.
прот э их еальных 4. Необходимо отсутствие трения, излучения и других реаль потерь. Таким образом, обратиыый процесс - это идеальныи процесс, неосущеотвиыый в дейстнительнссти. Однако это не уменьшает большого теоретического знач го значения понятия обратимости как вспомогательного средства анализа янления природы. Рассмотрение равновесных и обратимых термодинэмических процессов позволяет при некоторой идеализации изучать реоль(ше явления с применением сравнительно простого математического аппарата.
В действительности все реальные процессы неранноэесные и необратимые. Например, переход тепла от горячего тела к холодному, смешение нескольких газов, превращение тепла в работу, течение газов с трением, процесс дросселирования и др. Классическая термодинамика рассматривает только равновесные и обратимые термодинамические процессы. но, т.е. с беско- нным изменением ческих параметров.
Ответ Вопрос 1. Какой процесс называется обратимым? Обратимые и необ тишке те мо инамические и ессы Под обратимым процессом понимается такой процесс, при котором термодинамическая систеыа, пройдя ряд состояний, может вернуться в начальное состснние через те же промежуточные точки, при этом источники тепла и аккумулятор работы тоже придут н свое начальное состояние. Таким образом, п~и осуществлении обратзмогс процесса в прямом и обратном направлении ни э системе, ни в окр;чающей среде не остаетсн никвких изменений. услозия для осуществления обратимого процесса. 1 пр цесс пр проке де которо го з прямом и абра*ком нэпРзж ленин и ТРТ и нсн система н целом возвращаются в начальное состояние так к к будто бы ни какого процесса не было 2 пр.цесс пр истер м ТРТ Вый из некоторого начального состояния и претерпев ряд изменений, ноэзрэщзетсн в это начальное состояние через те же промежуточные точки„ 21 Таблица 12 3 - любой термодинамический процесс, ф г.
ПРИН)й)П ЗКБИЬиПНТНОСТИ Контрольная карточка 1О з 3. ПИР%И ЗАКОН ТЕРМОДИНА!ЯКИ П ринцип эквивалентности является частным выражением более общего принципа сохранения и превращения энергии. В основе термодинамики лежит представление о том, что теплота есть одна из форм прОявления и передачи энергии, Благодаря этому возможно: 1) измерять энергию любого вида эквивалентными ксличестваыи единиц теплоты и наоборот; 2) наблхщать и осуществлять превращения теплоты в другие формы энергии. Принцип оквинэлентности возник исторически, так как различные виды энергии измерялись разными единицами. Юля случая взаимного превращения. теплоты в механическую работу Л указанные предстанления могут быть выражены в виде с1 =гЫ, (1.13) где Ц вЂ” исчезнувшее тепло; Š— появившаяся механическая работа; Я вЂ” коэффициент пропорциональности, называемый термическим или тепловым эквивалентом работы, имеющей размерность единицы тепла на единицу механической работы.
При обратном превращении работы А в тепло М' пришщп эквивалентности запишется в виде С = — 4' = Е~ Я, (1.14) где Е, — коэффициент пропорционельности, называемый механическим эквивалентом тепла, имеющий размерность единицы механической работы на единицу тепла. Следовательно, эквивалент эзо число, показывающее какому количеству данного вида энергии соответствует одна единица энергии другого вида. Этот принцип важен не только своими количественными выводами, а тем, что он по существу дела означает взаимопренрэщение различных форм движения материи ~различных видов энергии). Обобщая принцип эквивалентности теплоты и механической работы можно утнерздать, / что нее виды энергии, несмотря на их качественное различие, находятся н определенном эквивалентном отношении друг к другу. Численные значения те)ьчического эквивалента работы приведены в табл.1.2.
22 Первый закон термодинамики можно рассматривать как распространение закона сохранения и превращения энергии на термодинамические процессы. Пусть тесмодинзьмческая система получает извне некоторое количество теплоты Н щ'. Вследствие этого собстненнзя энергия системы увеличивается на величину дЕ и при этом сможет совершить над внешниьш телами, преодолевая сопротивление каких-то внешних сил, работу йэ„. Так как увеличение собственной энергии и совершение внешней работы осуществляются за счет сообщенной свстеме теплоты Д Ц , то на основании закона сохранения энергии должно сущестновать равенство й/=ДЕ +ЯАз„, Дж . (1.15) 23 Уравнение (1.15) представлкет собой общую математическую формулировку перного закона термодинамики. Из того обстоятельства, что в выражение первого закона термодинамики входит теплота бЦ, не следует заключать, что это есть формулировка лишь частного случая занона сохранения энергии применительно только к тепловым явлениям.
Наоборот, эта формулировка является чрезвычайно широкой, так как СЕ представляет собой изменение какого угодно вида эней гии (механической, электромагнитной, химической и т.д.) а ьЫз„- есть выражение работы в самом общем виде. В частных случаях, когда в изучаемых процессах (например, в чисто механических задачах) теплота не участвует (С() = 0), уравнение первого закона термодинамики (1.15) примет вид более простой, а именно -йГ =~й.э,, Это озыачает, что ПроизвЕденная даяной Онотемой Выешыяя работа равыа уменьшению собственной энергии самой системы. Рассмотрим более подробно возможные затраты тепла, воспринятого системой в любом произвольном термодинамическсм процеосе в самом общем случае, Тепло, воспринятое ПТ, может пойти: 1.
Па изменение,цвнкения молекул тела и связанную с этим движением внутреннюю кинетическую энергию тела 1У„„„ . 2. а . На увеличение расстояний между положениями равновесия молекул. Так как у реальных веществ (а в том числе и у реальных газон) между молекулами действу~от силы взаимного притяжения, то увеличение расстояния между средними положениями молекул связано с проиэ- сгреводством некоторой работы, которую иногда называют работой дисг егацнн (разьединення), идущей на изменение внутренней потенциальной энергии тела Улсг 3.
На увеличение видимого движения всей массы рабочего тела и перемещение его центра инерции нед некоторым условным уровнем, т.е. часть воспринятого тепла может пойти на изменение собственной внешней кинетической и собственной внешней потенциальной энергии тела. Подсчет этих энергий производится по обычным соотношениям механики. Внешняя кинетическая энергия рабочего тела -щ †, Дж; изменение Г внешней кияетической энергии рабочего тела С(' †Язв); внешняя пос нз тенцнальнэя энергия тела уб~, Ь , Ды; изменение внешней потенциальной энергии тела гу(~.0, Ь,).
Эдесь б' — касса рабочего тела, кг; Ю' - окорость движения рабочего тела, ыус; Ь - перемещение центре инерции ТРТ нзд условным уравнен; Г - усхорзние свободного падения, ы/с2. 4. На сове)хзение внешней механической работы ~~ . Из приведеныого апзэщэа ВОзможпых затрат тепла (рис. 7) следует, что в общем случае все количество теплоты С(( , сообщенной рабочему толу в произвольном термодинамнческом процессе, не эквивалентно произведенной работеС1з„ по преодолению внешних сил сопротинленин С Я+ Сбои . ~(и ДФ С точки зрения принципа сохранения и превращены энергии разность между СС и Сь~„представляет собон изменение собственной энергии ТРГ д() .С(- = СЕ, откуда СЯ=С~ +1Ьз„.
,о~сын п»ая энергия термодинамическая системы может в свою очть нз самых различных видов энергии (внутренней кинзю чгоксй, внутренней потенциальной, электромагнитной, ядерной, хне ческой', вношнен кинетической, внешней потенциальной и т.п.). длп некоторого упрощения будем полагать, что собственная энергия Т Т состоит из двух составлзющих: 1) внутренней энергии тела ( У„„„ и К,эг ): ЕЄ— — И= и„„„() д(ж; СЕР =Ю =Ж„я„ди„, 4ды . 2) внешней энергии тела Евнеш евнеш т ~внеш " ) внеш внеш ' внеш Дж КЕ = о~Е + ЫЕ Дк. кин пот кин пот Следовательно, при принятых предположениях о составляющих собственной энергии тела в самом общем случае тармодннаьшческого процесса при сообщении рабочему телу извне некоторого количества тепла ы'ь7 согласна балансу энергий может быть получено следующее уравнение: 25 пч = 00~й( — ")~~1Я„Рь~ ~губ (1.16) Уравнение (1.16) яиякетсн осыовным уравнением перного закона термодинамики и предотавляет собой частную форму закона сохранения и превращения энергии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
