Крутов В.И. - Техническая термодинамика (1062533), страница 6
Текст из файла (страница 6)
При этом термодинамическое состояние самого газа, определяемое значениями его давления н температуры, может быть одинаковым. Та часть полного запаса энергии термодинамической системы, ко. торая не связана с положением системы в поле внешних сил и с двилсением самой системы относительно окружающей среды, называется внутренней энергией термодинамической системы.
Кинетическая и потенциальная энергии системы должны вводиться в термодинамические соотношения в виде самостоятельных выражений дополнительно к внутренней энергии. Внутренняя энергия системы является функцией ее состояния и может быть вычислена я помощью соответствуюгцего уравнения состояния. Ее значение не зависит от того, каким образом (по какому пути) система достигла данного состояния. $6. Термодинаммчесиие процессы Термодинамическшв процессом называется изменение состояния термодинамической системы в резулыпате взаилюдействия ее с окрулсающей средой. Реальные процессы обмена энергией требуют для своего протекания некоторого нарушения равновесия между системой и окружающей средой. При этом вследствие возникновения потоков энергии внутри системы в ней также нарушается равновесие.
Реальные процессы, нарушающие равновесное состояние системы, являются неравновесными процессами, В термодинамике изучаются только р а в н о в е си ы е процессы. равновесными называют процессы, в ходе которых происходит лишь бесконечно малое отклонение состояния системы от равновесного. В равновесном процессе система проходит непрерывный ряд бесконечно близких равновесных состояний, каждое из которых описывается уравнением состояния (1) и изображается соответствующей точкой (напрнмер, 11) на термодннамической поверхности 1 диаграммы состояний (см. рис. 2).
Эту точку называют н, з о б р а ж а ю щ е й, или ф и г у р а т и в н о й. Совокупность фигуративных точек образует на поверхности состояний 1 линию (в общем случае пространственную), называемую л и и и е й п р о це с с а. В термодинамике широко используются графические методы анализа процессов. При этом удобнее использовать не пространственные )трехмерные изображения состояний в виде линий Процессов, а двумерные на координатных плоскостях, получаемые, например, в виде .'роекций линий сечений термодинамической поверхности плоскостяи, перпендикулярными одной из координатных осей. Так, например, сечение поверхности 1 на рис. 2 плоскостями, перпендикулярными ,си и, дает на плоскости РТ и з о х о р и ы е процессы Й Р 1(Т) при в= сонэ(; ечение плоскостями, перпендикулярными оси Т, дает на плоскости а изотермные процессы 2: р = ) (о) при Т = сопз$ (! 2) й сечение плоскостями, перпендикулярными оси Р, дает на плоскости о, Т) и з о б а р н ы е процессы 4: п = ((Т) при р = сопэ1.
В общем случае может быть получен термодинамический процесс при иных условиях, налример при отсутствии теплообмена с окру- ающей средой. В этом случае каждая точка такого процесса должна довлетворять условию ) (р, о, Т) = О прн дд = О, (14) е д — удельное количество теплоты. Такой процесс называется а д и а б а т н ы м. Изображение термодинамическнх процессов на плоскости ар приеняется весьма часто и называется пр-д и а г р а м м о й или р а- очей диаграммой процессов. Таким образом, каждый термодинамическнй процесс системы, изо,аженный на плоскости, представляет собой последовательную совопиость равновесных состояний системы, выраженных в виде исимости одного параметра от другого при постоянстве значения етьего параметра или при постоянстве каких-то других определенх условий, Функциональная зависимость (1О) отражает взаимосвязь между раметрами термодинамичеокой системы при ее неравновесных соояииях и поэтому оказывается справедливой тплько для выбранно.
новения времени, При других мгновениях времени значения или некоторых) параметров оказываются другими, с иной вза-— яэыо между ними, Характер изменения тех или иных парамет- о времени обычно называется переходным процессом системы. имер, и = т" ((,ь), о = Г (),р) или Т = ( ((,р). Каждая точка та- процесса характеризует неравновесное состояние системы, а сам одный процесс является последовательной во времени совокупю неравновесных состояний выраженных зависимостью от вреопределенных параметров, Переходные процессы в термодинамирассматриваются. ' ,21 С ществеиное значение для анализа работы тепловых машин имеют у круровые (замкнутые) термодинамические процессы. Круговым называется такой процесс, е результате которого «мрмодинамическая система, выйдя из некоторого состоянии, снова приходит в такое лсе состояние.
При этом все параметры состояния принимают первоначальные значения. Круговой (замкнутый) процесс носит название т е р м о д и к а м и ч е с к о г о ц и к л а. На любой из координатных плоскостей и на термодинамнческой поверхности цикл изображается замкнутым контуром. Для исследования термодинамических процессов используются нв только ор-диаграммы. Для получения сведений об изменении величин, не отраженных на этой диаграмме, применяются н другие диаграммы, характеризующие взаимосвязь других параметров термодинамической системы.
Гяввв К ПЕРВЫЙ ЗАКОН 1ЕРМОДИНАМИКИ $7. Первый закон термодинамики квк форма закона сохраненив и превращения энергии Термодинамический метод исследования основан на использовании всеобщего закона сохранения и превращения энергии. Вместе с тем следует отметить, что теория относительности устанавливает эквива- лентность взаимных пре' с! с) „„вращений не только Е~ДЕг ЕьЕЕс знергии, но и массы в Ы...Й...,, г о' соответствии с уравяе. --е,,ге, пнем ЛЕ себт. Поэтое"ге~ 1 'а (~ му следовало бы гово- ~Г1~х~) — ) рить о законе сохране- ~Е=грра ния и превращения мас- Чо сы и энергии, Однако в ~р"го,еЕо . ПрОцЕССаХ, раССМатрнваемых в технической термодинамике, измене.
ння энергии таковы, что Рис. 3. Териоиииаииоеииаи систеиа: о — оааритоя; 6 — роошорооооа; ГС вЂ” сероодоооооооскол СОПРОВ Ищ щ с и овожоающее их отоооооио; но — ооооооия; Ь х .... С...., / — оооо оооужо. иОСитсльиое измснениа массы, выражаемое со. отношением Ьтlт ЬЕЕЕ ЬЕ! (тс'), оказывается пренебр ежимо малым.
Поэтому масса закрытой термодинамической систе. мы принимается неизменной и учитывается только изменеяие энергии. В изолированной термодинамической системе энергия мож ег передаввтьая от одних тел к другим, но ее общее количест во остается неизменным. Однако в термодинамике рассматриваются си в- темы, обменивающиеся энергией с окружающей средой (рис.
3, а). Ч тобы использовать закон сохранения и превращения энергии для это го 22 вслучая, следует рассмотреть так называемую расширенную систему с включением в нее ие только рассматриваемой термодинамической сис-,темы ТС, но и тех тел 1, 2, ..., 1 окружающей среды„с которыми проис;ходит обмен энергией. Такая расширенная система (рис.
3, б) в целом может рассматриваться в качестве изолированной, и в применении к .ней закон сохранения энергии может быть аналитически записан в вида уравнения ! У+ 'Я Е! Е сопз1, (16) ! ! с ,где Š— полная энергия рассматриваемой расширенной системы) У— ;вяутренняя энергия термодинамической системы; Е, — энергия !-го ;тела окружающей среды; / — общее чиело таких тел. Если ЬУ и КЕ! — соответствующие изменения энергий в резуль!.тате термодинамических процессов, то а учетом уравнения (16) для ' изолированной системы 6У+ $ 6Е,-О. (16) ! ! Если допустить, что каждое из ! тел окружающей среды взаимо 41ейетвует только е термодинамической еистемой, то изменение энеругии каждого !-го тела ЬЕ! окажется равным количевтву воздейетвня й(Г! этого тела на систему, поэтому ЛЕ!+ Я! О.
(1У) С учетом полученного соотношения уравнение (16) получит внд =! 6У вЂ” ~ д!=О. (=! В общем случае каждое из тел может одновременно оказывать на рмодинамическую систему воздействия различных Родов. Воздейстяи одного рода, исходящие от различных тел, производят в термодимической системе качественно одинаковые изменения. Поэтому класификация внешних воздействий производятся по родам взанмодейия, т. е. по формам обмена энергией. В связи е этим при соетавлеи баланса энергии термодинамической системы алгебраичеекя сумруются количества воздействий, исходящих от всех окружающих , только одного рода; сумма эта составляет общее количество возействия данного рода со стороны окружающей среды на термодиначескую систему. Прн этом можно не рассматривать конкретные свойва тел окружающей среды и учитывать лишь количества воздейст:й Различных родов от каждого !-го тела, изменяющие внутреннюю 'ергию системы (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
