- •Термодинамика и теплопередача
- •Введение
- •Основные понятия и определения. Состояние газа Метод термодинамики. Термодинамическая система. Рабочее тело
- •Основные параметры состояния, их измерение
- •Законы идеального газа
- •Смеси идеальных газов
- •Понятие теплоемкости газов
- •Первый закон термодинамики. Газовые процессы Виды энергии, внутренняя энергия, внешняя работа
- •Уравнение первого закона термодинамики. Энтальпия газа
- •Энтропия. Свойства т, s-диаграммы
- •Термодинамические процессы, их исследование
- •Процессы сжатия в компрессоре
- •Второй закон термодинамики. Газовые циклы Цикл, его термический кпд. Понятие обратного цикла
- •Цикл Карно. Формулировки второго закона термодинамики
- •Энтропия необратимых процессов
- •Циклы двигателей внутреннего сгорания
- •Циклы газотурбинных установок
- •Водяной пар Свойства воды и водяного пара. Диаграммы состояния р, V; t, s; h, s
- •Истечение и дросселирование газов и паров
- •Цикл Ренкина. Пути повышения кпд паросиловых установок
- •Цикл холодильной установки
- •Влажный воздух
- •Основы теплообмена
- •Теплопроводность
- •Теплопроводность однослойной стенки
- •Теплопроводность многослойной плоской стенки
- •Теплопроводность цилиндрической стенки
- •Конвективный теплообмен
- •Теплопередача
- •Теплообмен излучением
- •Теплообменные аппараты
- •Библиографический список
- •Приложение
- •Термодинамика и теплопередача
- •644046, Г. Омск, пр. Маркса, 35
Первый закон термодинамики. Газовые процессы Виды энергии, внутренняя энергия, внешняя работа
Энергия проявляется в различных формах движения материи. Из всех видов энергии (механическая, химическая, внутриядерная, потенциальная энергия гравитационного, магнитного или электрического полей) тепловая энергия выделяется тем, что она связана с хаотическим молекулярным и внутримолекулярным движением, в то время как все другие перечисленные виды энергии связаны с направленным движением материи. Так, механическое перемещение тела, движение электронов по проводнику, химическая реакция превращения одного вещества в другое – все это примеры энергии направленного движения в различных ее формах.
Тепловая же энергия газов проявляется в хаотическом поступательном, вращательном и колебательном движении молекул, которые находятся в постоянных взаимодействиях между собой, меняя при этом скорость по величине и направлению. Величина внутренней тепловой энергии газов зависит как от скорости движения молекул и атомов, так и от расстояния между ними. Скорость движения микрочастиц вещества зависит от температуры тела, а силы взаимодействия между ними – от удельного объема. Поэтому внутреннюю энергию можно представить как функцию двух основных параметров состояния – температуры Т и удельного объема v:
u = f(T,v). (2.33)
Для модели идеального газа, в котором отсутствуют силы взаимодействия между молекулами, внутренняя энергия является функцией только температуры:
u = f(T). (2.34)
Внутренняя энергия газа в любом его состоянии не зависит от процесса, предшествовавшего данному состоянию. Значит, внутренняя энергия является параметром состояния газа.
Тепло, в отличие от внутренней энергии газа, не характеризует состояния газа и не является его параметром, а представляет собой переданное от одного тела к другому определенное количество энергии хаотического молекулярного и внутримолекулярного движения. Оно является результатом процесса перехода внутренней тепловой энергии от одного тела к другому при наличии между ними разности температур.
При передаче энергии в форме работы меняется величина энергии направленного движения. Например, при расширении газа в цилиндре происходит превращение его внутренней энергии в механическую энергию движения поршня. Количество этой превращенной из одного вида в другой энергии называют работой.
Работа, как и тепло, не может содержаться в каком-то теле. Она связана не с состоянием газа, а с процессом превращения энергии. Поэтому работа не является параметром состояния.
В технической термодинамике чаще всего рассматривается механическая работа, представляющая собой результат расширения или сжатия рабочего тела или его перемещения.
Если к 1 кг газа подвести элементарное количество тепла dq, то газ при нагревании увеличит свой объем на величину dv, при этом совершается работа расширения газа dl против сил внешнего давления среды:
dl = pdv. (2.35)
Полная работа расширения газа за счет подвода тепла q при изменении объема от v1 до v2
. (2.36)
В р, v-диаграмме (рис. 2.1) площадь под процессом 1 – 2, ограниченная крайними ординатами и осью абсцисс, также представляет собой , поэтому она является графической интерпретацией работы расширения.
Рис. 2.3 Рис. 2.4
Из рис. 2.2 видно, что если из состояния 1 газ переходит в состояние 2 в процессе 1А2, то работа расширения газа будет больше, чем по пути 1В2. Значит, работа расширения зависит от пути процесса, она является функцией процесса изменения состояния газа.