- •Функции состояния и функции процесса. Понятие теплоты и работы. Понятия равновесного и неравновесного процесса.
- •Первый закон термодинамики. Принцип эквивалентности теплоты и работы. Опыт Джоуля.
- •Формулировки и аналитические выражения I закона термодинамики. Энергия и работа, их виды.
- •Формулировки и аналитические выражения I закона термодинамики. Понятия внутренней энергии и энтальпии, их свойства.
- •Уравнение I закона термодинамики для неравновесных процессов.
- •Уравнение I закона термодинамики для потока вещества (вывод, основные допущения, понятие входящих в уравнение величин).
- •Понятие идеального газа. Уравнение состояния идеального газа. Газовые постоянные. Термические коэффициенты идеального газа.
- •Понятие теплоемкости. Виды теплоемкости. Изохорная и изобарная теплоемкость, их связь.
- •Расчет адиабатного процесса с учетом зависимости теплоемкости от температуры. Функции и .
- •Политропный процесс. Соотношение между термическими параметрами в политропном процессе. Расчет работы расширения и теплоты в политропном процессе.
- •Основные характеристики смеси идеальных газов. Свойства смеси. Закон Дальтона. Закон Амага.
- •Понятие об обратимых и необратимых процессах. Примеры необратимых процессов. Причины необратимых процессов. Формулировки II закона термодинамики.
- •Круговые процессы или циклы. Прямой обратимый цикл Карно. Обратный обратимый цикл Карно. Характеристики эффективности циклов.
- •Цикл Карно. Кпд цикла Карно. Теорема Карно.
- •Понятие энтропии. Интеграл Клаузиуса. Свойства энтропии.
- •Вывод формулы для расчета изменения энтропии смеси газов.
- •-Диаграмма. Взаимное расположение изобары и изохоры в -диаграмме. Взаимное расположение в -диаграмме изобар различных давлений и изохор различных объемов.
- •Понятие среднеинтегральной температуры подвода (отвода) теплоты. Следствие теоремы Карно (вторая теорема Карно).
- •Изменение энтропии в необратимых процессах. Понятие энтропии изолированной системы.
- •Статистический характер II закона термодинамики. Термодинамическая вероятность. Взаимосвязь энтропии и термодинамической вероятности. Ограниченный характер II закона термодинамики.
- •Понятие эксергии. Эксергия неподвижной системы (графическое представление и вывод формулы).
- •Понятие эксергии. Эксергия потока вещества (графическое представление и вывод формулы).
- •Понятие эксергии. Эксергия источника теплоты с постоянной и переменной температурой. Эксергетическая функция.
- •Потери эксергии в необратимых процессах. Формула Гюи-Стодола. Эксергетический коэффициент полезного действия. Примеры вычисления эксергетического кпд.
- •Характеристические функции (определение, соответствующие им независимые переменные). Частные производные характеристических функций разных порядков.
- •Отличия свойств реальных газов от идеальных. Тройная точка, критическая точка. Фазовая -диаграмма для нормальных и аномальных веществ.
- •Условия фазового равновесия (вывод). Правило фаз Гиббса (примеры применения).
- •Вывод и физический смысл уравнения Клапейрона-Клаузиуса.
- •Основные термодинамические процессы с реальными газами: изотермический, изобарный, изохорный процесс. Определение теплоты и работы в процессах. Построение процессов в диаграммах .
- •Обратимый и необратимый адиабатный процесс реального газа. Расчет работы расширения и технической работы.
- •Адиабатное дросселирование. Представление процесса дросселирования водяного пара в -диаграмме. Коэффициент Джоуля-Томпсона.
- •Дифференциальное и интегральное уравнения адиабатного дроссель-эффекта. Кривая инверсии, ее уравнение и представление в -диаграммах.
- •Зависимость изобарной теплоемкости реального газа в однофазной области от температуры и давления.
- •Уравнение Ван-дер-Ваальса. Физический смысл поправок в его составе. Возможные решения уравнения. Устойчивые и неустойчивые состояния вещества.
- •Вириальное уравнение состояния. Вириальные коэффициенты, способы их определения.
- •Тепловая теорема Нернста. Третий закон термодинамики.
- •Следствия III закона термодинамики.
-
Отличия свойств реальных газов от идеальных. Тройная точка, критическая точка. Фазовая -диаграмма для нормальных и аномальных веществ.
Отличия свойств реальных газов от идеальных:
-
вещество находится в разных фазах (наличие фазовых переходов);
-
термическое уравнение состояния реального газа
,
– коэффициент сжимаемости – сложная функция температуры и плотности (или давления);
-
все калорические свойства помимо зависят и от второго параметра или
.
Тройная точка – точка, соответствующая состоянию вещества, в котором сосуществуют твердая, жидкая и паровая фазы (т. O).
Критическая точка – точка на линии насыщения, в которой исчезает различие между жидкой и газовой фазами (т. K).
Фазовая -диаграмма для нормальных и аномальных веществ
-
Условия фазового равновесия (вывод). Правило фаз Гиббса (примеры применения).
Рассмотрим изолированную систему, разделенную на две части (подсистемы) и
,
,
;
в состоянии термодинамического равновесия энтропия изолированной системы сохраняет постоянное (максимальное) значение
;
,
,
,
,
,
,
,
.
Условия фазового равновесия:
,
,
.
Число фаз, которые могут одновременно существовать в равновесии в данной термодинамической системе
,
– число компонентов системы.
Правло фаз Гиббса:
, – число термодинамических степеней свободы, определяющее число независимых параметров, которые в некоторых пределах могут быть произвольно изменены без нарушения фазового состояния системы.
Примеры применения
-
Чистые вещества в однофазной системе,
.
-
Чистые вещества в двухфазной системе
.
-
Чистые вещества в трехфазной системе
, – тройная точка.
-
Вывод и физический смысл уравнения Клапейрона-Клаузиуса.
Рассмотрим две фазы ( и ), находящиеся в равновесии при давлении и температуре ,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
уравнение Клапейрона-Клаузиуса:
,
– теплота фазового перехода.
Уравнение Клапейрона-Клаузиуса связывает термические величины (температура, давление, удельный объем) с калорическими (теплота фазового перехода). В общем виде оно характеризует изменение давления фаз, находящихся в равновесии, от температуры.
-
Термодинамические свойства воды и водяного пара. Тройная точка, критическая точка, минимум удельного объема. -диаграммы воды и водяного пара. Определение термодинамических свойств в однофазной и двухфазной областях.
Параметры характерных состояний воды
Тройная точка:
,
,
,
состояния жидкости в тройной точке принято за начало отсчета внутренней энергии и энтропии
,
,
.
Критическая точка:
,
,
.
Термодинамические свойства воды в однофазной области определяются двумя независимыми переменными по таблицам.
В двухфазном состоянии вещество обладает одной степенью свободы. Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения приводятся в зависимости от одного параметра (давления и температуры).
Для задания состояния влажного насыщенного пара (смеси кипящей воды и сухого насыщенного пара) дополнительно используется показатель содержания сухого насыщенного пара в смеси – степень сухости
,
значение меняется от 0 (кипящая жидкость) до 1 (сухой насыщенный пар).
,
,
,
.
Температура (или однозначно связанное с ней давление насыщения) и степень сухости определяют состояние двухфазной системы.