- •Краткая история развития теплотехники
- •Термодинамическая система
- •Параметры состояния
- •Уравнение состояния и термодинамический процесс
- •Теплота и работа
- •Внутренняя энергия
- •Первый закон термодинамики
- •Теплоемкость газа
- •Уравнение состояния идеального газа
- •Смесь идеальных газов
- •Основные положения второго закона термодинамики
- •Энтропия
- •Метод исследования тд процессов
- •Основные термодинамические процессы идеального газа
- •Политропный процесс
Уравнение состояния и термодинамический процесс
Основные ТД параметры состояния Р, υ, Т однородного тела зависят друг от друга и взаимно связаны между собой определенным математическим уравнением, который называется уравнением состояния:
f (Р, υ, Т) = 0 .
Равновесным состоянием называется состояние тела, при котором во всех его точках объема Р, υ и Т и все другие физические свойства одинаковы.
Совокупность изменений состояния ТД системы при переходе из одного состояния в другое называется ТД процессом. ТД процессы бывают равновесные и неравновесные. Если процесс проходит через равновесные состояния, то он называется равновесным. В реальных случаях все процессы являются неравновесными.
Если при любом ТД процессе изменение параметра состояния не зависит от вида процесса, а определяется начальным и конечным состоянием, то параметры состояния называются функцией состояния. Такими параметрами являются внутренняя энергия, энтальпия, энтропия и т.д.
Интенсивные параметры – это параметры, не зависящие от массы системы (давление, температура).
Аддитивные (экстенсивные) параметры – параметры, значения которых пропорциональны массе системы (объем, энергия, энтропия и т.д.).
Теплота и работа
Тела, участвующие при протекании ТД процесса обмениваются энергией. Передача энергии от одного тела к другому происходит двумя способами.
1-й способ реализуется при непосредственном контакте тел, имеющих различную температуру, путем обмена кинетической энергией между молекулами соприкасающихся тел либо лучистым переносом внутренней энергии излучающих тел путем э/м волн. При этом энергия передается от более нагретого к менее нагретому.
Количество энергии, переданной 1-м способом от одного тела к другому, называется количеством теплоты – Q [Дж], а способ – передача энергии в форме теплоты.
2-й способ связан с наличием силовых полей или внешнего давления. Для передачи энергии этим способом тело должно либо передвигаться в силовом поле, либо изменять свой объем под действием внешнего давления, То есть передача энергии происходит при условии перемещения всего тела или его части в пространстве. При этом количество переданной энергии называется работой – L [Дж], а способ - передача энергии в форме работы.
Количество энергии, полученное телом в форме работы, называется работой совершенной над телом, а отданную энергию – затраченной телом работой.
Количествo теплоты, полученное (отданное) телом и работа, совершенная (затраченная) над телом, зависят от условий перехода тела из начального состояния в конечное, т.е. зависят от характера ТД процесса.
Работа изменения объёма газа:
Выше отмечалось, что любое изменение состояния рабочего тела, которое происходит в результате его энергетического взаимодействия с окружающей средой, представляет собой термодинамический процесс. В общем случае энергообмен в термодинамическом процессе может осуществляться посредством работы L либо теплоты Q. Работа и теплота являются энергетическими характеристиками термодинамического процесса.
Механическая работа против внешних сил, связанная с изменением объема, определяется выражением ,
а удельная работа, т. е. работа, отнесенная к 1 кг вещества,— выражением ,
где — абсолютное давление (потенциал механического взаимодействия), — удельный объем (координата механического взаимодействия).
Для конечного процесса, при котором объем изменяется от), 1 до), 2 , общее выражение удельной термодинамической работы следует записать так:
Рис. К вычислению работы в термодинамическом процессе
В общем случае давление — величина переменная, зависящая от . Для определения интеграла должна быть известна зависимость между и в данном процессе, т. е. надо знать уравнение процесса . Графически эта зависимость может быть изображена в -координатах кривой 1-2 (рис. ).
Очевидно, численно удельная работа будет зависеть от характера кривой процесса и изображается в -координатах площадью, ограниченной кривой процесса, двумя ординатами и осью абсцисс.
При вычислении интеграла обнаруживается, что если объём рабочего тела уменьшается, то величина интеграла отрицательна, и наоборот. Поэтому если рабочему телу сообщается потенциальная энергия путём его сжатия, то работа изменения объёма есть величина отрицательная. Если же рабочее тело совершает работу расширяясь, то работа изменения объёма - положительна.