- •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.
- •К руговые 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.
- •Дифференциальные уравнения термодинамики (назначение, виды). Уравнения Максвелла.
- •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.
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:
Внутренняя энергия – функция состояния
,
,
,
,
;
Аддитивность
;
Внутренняя энергия в точке a
,
,
условное начало в нуле.
,
,
,
,
,
,
,
,
– энтальпия.
Энтальпия – энергия вещества в потоке, движущемся с малой скоростью (энергия расширения системы).
Свойства энтальпии:
Энтальпия – функция состояния
,
,
;
Аддитивность
;
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 .
Уравнение I закона термодинамики для неравновесных процессов.
1-2 – неравновесный процесс,
,
,
,
.
Уравнение I закона термодинамики для потока вещества (вывод, основные допущения, понятие входящих в уравнение величин).
Рассмотрим канал с переменным сечением и допущениями:
В каждом сечении канала параметры не меняются во времени (стационарны);
Нет разрыва потока, тогда справедливо уравнение сплошности
, – площадь поперечного сечения, – удельная плотность;
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 .
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:
,
изобарный коэффициент для идеального газа
;
,
изохорный коэффициент давления для идеального газа
;
,
,
,
изотермический коэффициент сжатия
.