- •1. Основные термодинамические параметры и уравнения состояния рабочего тела
- •2. Основные термодинамические функции
- •3. Теплоемкость газов
- •3.1. Основные определения
- •3.2. Истинная и средняя теплоемкости
- •3.3. Зависимость теплоемкости от характера процесса
- •4. Основные законы термодинамики
- •4.1. Первый закон
- •4.2. Второй закон
- •5. Процессы изменения состояния идеальных газов
- •5.1. Изохорный процесс
- •5.2. Изобарный процесс
- •5.3. Изотермический процесс
- •5.4. Адиабатный процесс
- •5.5. Политропный процесс
- •6. Круговые процессы
- •7. Реальные газы
- •7.1. Основные понятия
- •7.2. Водяной пар
- •7.3. Определение параметров воды и водяного пара
- •7.3.1. Параметры кипящей жидкости
- •7.3.2. Параметры сухого насыщенного пара
- •7.3.3. Параметры влажного насыщенного пара
- •7.3.4. Параметры перегретого пара
- •7.4. Общий метод расчета термодинамических процессов паров
- •8. Задания для курсовой работы
- •8.1. Расчет газового цикла
- •8.2. Расчет парового цикла
- •Библиографический список
- •Оглавление
3. Теплоемкость газов
3.1. Основные определения
Теплоемкость – величина, равная отношению сообщаемой телу или отводимой от него теплоты к соответствующему изменению его температуры: ,
где С – теплоемкость; Q – подведенная (или отведенная) теплота; ∆Т – изменение температуры тела.
В теплотехнических расчетах широко используются удельная и молярная теплоемкости.
Удельной теплоемкостью называется отношение теплоемкости тела к его массе: ,
где с – удельная теплоемкость; m – масса тела.
Молярной теплоемкостью называется отношение теплоемкости к количеству вещества: ,
где cm – молярная теплоемкость; n – количество вещества.
3.2. Истинная и средняя теплоемкости
Теплоемкости газов и паров являются переменными величинами; для идеальных газов они зависят от их температуры, а для реальных газов и паров также и от их давления. Поэтому различают теплоемкости истинные и средние. Истинной называется теплоемкость при заданной температуре, а средней – среднее значение теплоемкости в заданном интервале температур, в пределах которых производится подвод или отвод теплоты.
В тепловых расчетах пользуются средними теплоемкостями: удельной и молярной. Средняя удельная теплоемкость вещества равна отношению подведенной теплоты к массе вещества и разности температур в конце и в начале подвода теплоты: .
Средняя молярная теплоемкость вещества равна отношению подведенной теплоты к количеству вещества и разности температур в конце и в начале подвода теплоты: . В СИ теплоемкость имеет единицу – Дж/(кг·К), молярная теплоемкость – Дж/(моль·К).
3.3. Зависимость теплоемкости от характера процесса
Как было сказано выше, теплоемкость газов в сильной степени зависит от тех условий, при которых происходят процессы их нагревания или охлаждения. Среди этих процессов в технике наиболее важное значение имеют процессы, протекающие при постоянном объеме газа (изохорный процесс) и при постоянном давлении газа (изобарный процесс). В связи с этим различают теплоемкость при постоянном объеме (сv – массовая изохорная теплоемкость, сv,m– молярная изохорная теплоемкость) и теплоемкость при постоянном давлении (сp – массовая изобарная теплоемкость, ср,m – молярная изобарная теплоемкость). Количественное соотношение между ср и сv устанавливают с помощью уравнения Р. Майера: ср + сv = R или ср,m + сv,m = Rm = 8314,31 Дж/(кмоль·К), откуда ср,m=сv,m+8314,31 Дж/(кмоль·К). Таким образом, разность между молярными изобарной и изохорной теплоемкостями для всех газов есть величина постоянная и равна универсальной газовой постоянной.
4. Основные законы термодинамики
4.1. Первый закон
Первый закон термодинамики представляет собой закон сохранения и превращения энергии для термодинамических систем. Он устанавливает количественную связь между изменением внутренней энергии системы и внешним воздействиями на нее. Применительно к закрытой системе его записывают в следующем виде:
;
,
где – элементарная работа, Дж, изменения давления, которая в зависимости от решаемой задачи называется полезной внешней, располагаемой или технической.
Согласно первому закону внутренняя энергия системы изменяется только при ее взаимодействии с окружающей средой. Это означает, что величина внутренней энергии не зависит от того, установилось ли в системе внутреннее равновесие. Поэтому изменение внутренней энергии системы будет одинаковым независимо от того, оказано ли внешнее воздействие равномерно на всю систему в целом или только на ее часть. Это же относится к энтальпии. По свойству полного дифференциала и , поэтому из первого закона термодинамики следует , т.е. при осуществлении кругового процесса в тепловом двигателе нельзя получить работы «из ничего». Такой гипотетический двигатель, который позволил бы это сделать, называют вечным двигателем первого рода. В связи с этим первый закон термодинамики нередко называют принципом невозможности вечного двигателя первого рода, т.е. нельзя построить тепловой двигатель, производящий работу против внешних сил (внешнюю работу) без затраты теплоты.