1-13_Lection_TOT

1

Лекція 2

Теплота і робота і їх визначення.

1. Робота і теплота

При протіканні т/д процесів, у загальному випадку, тіла які беруть участь в цьому процесі обмінюються між собою енергією. У результаті енергія одних тіл зменшується, а інших -збільшується.

Теплота і робота – це дві форми передачі енергії. Вони є характеристиками процесу, а не функціями стану.

Теплота - Q – форма передачі енергії в мікросередовищі при взаємодії між структурними частинками речовини.

Фізично пов'язана з теплопровідністю чи тепловим випромінюванням.

Робота –L– форма передачі енергії в макросередовищі при переміщенні або зміні об’єму тіла чи його частин.

Оскільки L і Q є мірою переданої енергії, то їх кількість вимірюється в оди-

ницях енергії, тобто в джоулях.

Розрізняють:

теплоти.

∫- це сума елементарних робіт чи елементарної кількості теплоти. d- диференціал-нескінченно мала зміна чого-небудь.

- нескінченно мала або елементарна кількість чого-небудь.

Обчислення роботи процесу

Термодинаміка розглядає 3 види роботи:

1) Деформаційна (термодинамічна) - робота зміни об’єму L;

2

2)Робота переміщення чи наявна робота пов'язана зі зміною тиску LП , LН;

3)Технічна робота – LТ.

I.Робота зміни об’єму

Це механічний ефект взаємодії тіла з навколишнім середовищем, пов'язаний зі зміною об’єму, коли по всій поверхні діє рівномірно розподілений тиск навко-

лишнього середовища рівний тиску тіла.

До газу, що знаходиться в циліндрі і займає об’єм V1 при тиску Р, підводять деяку кількість теплоти. В результаті підведення теплоти р.т. розширюється і пор-

шень переміщується на відстань dх. При цьому тіло виконає роботу. А робота це сила помножена на шлях. Оскільки тиск завжди спрямований по нормалі до повер-

хні, то сила, яка діє на елементарну поверхню f буде дорівнювати рf, а елементарна робота на шляху dх

L p f dx pdv , де dv=fdx - елементарний об’єм

Очевидно, що повна робота для всієї поверхні тіла при зміні об’єму від V1 до V2 складе:

Якщо ми знаємо функціональну залежність параметрів р і v у процесі або рівняння виду р=f(v), то можна аналітично визначити роботу для будь-якого рівно-

важного процесу в зазначених межах.

Термодинамічна робота розглядається як алгебраїчна величина.

Робота позитивна, якщо виконується безпосередньо робочим тілом (розширення).

Робота негативна, якщо виконується зовнішнім середовищем (стиснення). На р-v

4

f- поперечний переріз каналу; w ddx - швидкість газового потоку ( м/с);

m – масова витрата, кг/с. F1 = P f ; F11 = -(P+d) f – сила, що діє в I і II перерізах. Робота дорівнює силі помноженій на переміщення. Оскільки в даному випад-

ку розглядається рухоме середовище для якого задана масова витрата m, то пере-

міщення в 1 часу є не що інше, як швидкість. Тоді

Питома робота в р-v координатах еквівалентна площі, що обмежена кривою процесу, віссю тисків і двома абсцисами, що відповідають початку і кінцю процесу lП – величина алгебраїчна.

p

5

Для необоротних процесів отримані залежності для обчислення термодинамі-

чної роботи і роботи переміщення не справедливі.

Якщо процес необоротний ( внутрішня необоротність, наявність тертя), то

l pdv lEÂ , якщо lЕВ =0- процес оборотний

1

якщо lЕВ >0- процес необоротний якщо lЕВ <0- процес неможливий.

2

lÏ vdp lEÂ

1

Робота, зменшена на величину lЕП, називається корисною чи ефективною ро-

ботою.

Зв'язок між термодинамічною роботою і роботою переміщення

рv – потенційна енергія тиску, рv=π

Продиференцюємо даний вираз d(рv)= рdv + vd р

l =lП + Термодинамічна робота дорівнює роботі переміщення плюс зміна потенційної енергії.

III. Технічна робота

Характеризує механічний ефект взаємодії робочого тіла з рухомими тверди-

ми стінками каналу, має місце в газовому потоці. Ця робота пов'язана з переміщен-

ням робочого тіла з однієї висоти на іншу, коли відбувається зміна тиску (втрата

7

1) з виразу для ентропії оборотного процесу:

Q TdS

або для питомої кількості теплоти

q Tds

q T s (s2 s1)T

Для скінченного процесу, у якому питома ентропія змінюється від s1 до s2,

загальний вираз питомої кількості теплоти має вид

s2

q Tds

s1

Оскільки абсолютна температура T величина завжди позитивна, то знак теп-

лоти визначається тільки знаком зміни ентропії. Процес збільшення питомої ентро-

пії (ds >0) означає підведення теплоти до р.т.

У T-s координатах питома теплота процесу q зображається площею, обме-

женою кривою процесу 1-2 і віссю абсцис, q дорівнює площі 12s 2 s1 1.

мністю тіла називається кількість теплоти, необхідна для нагрівання його на 1 К.

1

Лекція 3.

Перший закон термодинаміки

I закон т/д є частковим випадком загального закону збереження і перетво-

рення енергії стосовно до процесів, що протікають у ТДС.

Закон збереження і перетворення енергії говорить, що в ізольованій системі

сума усіх видів енергії є величиною постійною.

В т/д процесах р.т. можуть віддавати або отримувати енергію у формі теп-

лоти Q і у формі роботи L. В результаті чого енергія буде змінюватися чисельно

на Е. Тоді відповідно до закону збереження енергії, і з урахуванням знаків L і Q

( при однаково направлених потоках теплоти і роботи знаки їх протилежні) рів-

няння енергетичного балансу прийме вигляд

Тобто в т/д процесі підведена теплота витрачається на зміну його енергії і здійс-

нення зовнішньої роботи.

Взагальному випадку зміна повної енергії р.т. дорівнює:

Е= ΔU+ m Δw2/2 +mgΔZ,

де mgΔZпотенційна енергія обумовлена положенням р.т. в полі зовнішніх сил.