7 Внутренняя энергии газа

В технической термодинамике понятие внутренней энергии газа распространяется лишь на ту часть энергии, которая в термодинамических процессах подвергает­ся изменениями Это есть внутренняя кинетическая и внутренняя потенциальная энергии,, сумма их и составляет внутреннюю энергию.

"Внутренняя кинетическая энергия зави­сит от скорости движения и массы молекул и состоит из энергии поступательного и вращательного движения молекул.а также энергии колебательного движения атомов в самих молекулах Согласно кинетической тео-рии перечисленные виды энергии зависят только от температуры и при ее повышении увеличиваются.

Внутренняя потенциальная : энергия обусловливается силами взаимодействия между молеку­лами и зависит от растояния между ними и, следова­тельно, от удельного объема газа который в свою оче­редь зависит от давления и температуры газа

Таким образом, внутренняя энергия реального газа зависит от основных параметров газа: р, ,T

В идеальных газах силы взаимодействия между мо­лекулами Отсутствуют и поэтому внутренняя энергия идеального газа равна его внутренней кинетической энергии и зависит только от температуры. Поскольку изменение внутренней энергии зависит только от начального и конечного состояний газа» и не зависит от свойств процесса, то с математической точки зрения это означает что дифференциал внутренней энергии есть полный дифференциал т.е.

8 Работа Расширения

Работа совершается только при изменении объема газа. Еслипроисходит расширение газа то в этом случае работа совершается против внешних сил, при сжатии газ воспринимает работу внешних сил. При перемещении поршня на бесконечно малое расстояние ds 1кг газа совершит элементарную работу равную

dl=pF ds

pF – полная сила действ на поршень

dl=pd

Так как абсолютное давление р — величина постоянная то dl и dv по знаку одинаковы. Поэтому если dv>O т. е. когда газ расширяется, то и dl>0, следова­тельно, забота расширения положительна, Если dv<0 т.е. газ сжимается то и dl <0, ■следовательно, работа сжатия отрицательна.

Предположим, что при перемещении поршня из по­ложения 1 в другое крайнее положение 11 удельный^" объем газа ^зменяетгя от значения до значения . Тогда полная работа 1 кг газа будет найдена путем суммирования бесконечно большого числа элементарных работ, т. е. интегрированием в пределах от

До следовательно,

l=

В общем случае при изменений объема газа давление его также изменяется.

Таким образом в p, диограмме работа расширения изображается площадью a12b ограниченной кривой процесса осью абсцисс и крайними ординатами.

2-5 Аналитическое выражение первого закона термодинамики. Энтальпия.

Если в начале процесса внутренняя энергия газа равна а в конце то полное изменение внутренней энеогии равна

q=

Это уравнение является математическим выражением первого закона термодинамики для конечного процесса. Из уравнения (2-4) следует, что -в общем случае под­водимая теплота расходуется на изменение внутренней энергии газа и да совершение внешней работы.

dq=du+pd

В технической термодинамике подводимое к телу тепло считается положительным, отводимое — отрицательным. Изменение внутренней энергии газа счита ется положительным при возрастании температуры газа и отрицательным при ее уменьшении.

Во многих тепловых Расчетах используется величи­на i называемая энтальпией, которая определяется Из выражения

i=u+p

Отсюда следует, что энтальпия является величиной, определяемой состоянием тела, и, в свою очередь, она определяет состояние тела, т. е. является параметром состояния.

dq=di- dp

dp=di