5. Формулировки и аналитические выражения I закона термодинамики. Понятия внутренней энергии и энтальпии, их свойства.

Формулировки I закона термодинамики:

• Теплота, подведенная к термодинамической системе, расходуется на увеличение энергии этой системы и совершение работы;

• Вечный двигатель I-го рода невозможен, то есть невозможно производить работу, не подводя теплоту, энергию извне.

Аналитические выражения I закона термодинамики:

,

,

,

.

Внутренняя энергия – суммарная энергия частиц, составляющих систему. Это энергия всех видов движения и взаимного положения частиц.

,

– внутренняя энергия при температуре абсолютного нуля,

,

,

– число частиц,

– средняя кинетическая энергия одной частицы при колебаниях.

Свойства внутренней энергии:

1. Внутренняя энергия – функция состояния

,

,

,

,

;

2. Аддитивность

;

3. Внутренняя энергия в точке a

,

,

условное начало в нуле.

,

,

,

,

,

,

,

,

– энтальпия.

Энтальпия – энергия вещества в потоке, движущемся с малой скоростью (энергия расширения системы).

Свойства энтальпии:

1. Энтальпия – функция состояния

,

,

;

2. Аддитивность

;

3. Энтальпия в точке a

.

Поскольку между и существует однозначная связь, начало отсчета энтальпии связано с началом отсчета внутренней энергии: в точке, принятой за начало отсчета внутренней энергии , энтальпия .

6. Уравнение I закона термодинамики для неравновесных процессов.

1-2 – неравновесный процесс,

,

,

,

.

7. Уравнение I закона термодинамики для потока вещества (вывод, основные допущения, понятие входящих в уравнение величин).

Рассмотрим канал с переменным сечением и допущениями:

1. В каждом сечении канала параметры не меняются во времени (стационарны);

2. Нет разрыва потока, тогда справедливо уравнение сплошности

, – площадь поперечного сечения, – удельная плотность;

2. Поток линеен, параметры изменяются только по длине.

Для любого сечения справедливо

,

,

– изменение кинетической энергии потока,

– изменение потенциальной энергии,

– техническая работа (работа, которую совершает поток),

– работа проталкивания (работа, которая производится над поршнем),

,

,

,

.

Если поток производит работу, то турбина – детандер и .

Если работа совершается над потоком (насос, вентилятор), то .

8. Понятие идеального газа. Уравнение состояния идеального газа. Газовые постоянные. Термические коэффициенты идеального газа.

Идеальный газ – газ точечных молекул, взаимодействующих по закону упругих столкновений, то есть молекулы не имеют объема и не взаимодействуют на расстоянии, отсутствует потенциальная составляющая внутренней энергии.

Закон Бойля-Мариотта для изотермического процесса:

при .

Закон Гей-Люссака для изобарного процесса:

,

при .

Закон Гей-Люссака для изохорного процесса:

,

при .

Пусть

,

тогда

,

.

Рассмотрим процессы 1-m (изотермический) и 2-m (изобарный).

,

,

,

,

,

,

,

.

Уравнение состояния идеального газа:

.

Постоянная не зависит от состояния газа, она зависит только от свойств газа и индивидуальна для каждого вещества, ее называют газовой постоянной.

,

– универсальная газовая постоянная.

Уравнение состояния идеального газа в общем виде:

.

Термические коэффициенты идеального газа:

1. ,

изобарный коэффициент для идеального газа

;

2. ,

изохорный коэффициент давления для идеального газа

;

3. ,

,

,

изотермический коэффициент сжатия

.