Основні напрямки розвитку теплоенергетики. Робоче тіло та параметри його стану. Теплоємкість. Термодинамічні процеси зміни стану ідеального газу, страница 4

                роботи відбувається в еквівалентних кількостях,

                  тобто в любому термодинамічному процесі кількість енергії, переданої в формі тепла дорівнює

                  кількості енергії, яка виникла в формі роботи:

                                          V          тобто q - ∆U = l

В термодинамічних  розрахунках часто розглядають добуток Р·V – яке називають потенційною енергією тиску.

Сума внутрішньої енергії U і добутку Р·V називають ентальпією - і

і = U + P·V , дж/кг

Для ідеального газу ентальпії залежить тільки від температури і визначається так: і = С_Р·T , дж/кг.

3. Термодинамічні процеси зміни стану ідеального газу.

Вивчення термодинамічного процесу є визначення роботи, яка здійснилась при зміненні параметрів робочого тіла, або змінення внутрішньої енергії та встановлення зв’язку  між окремими параметрами стану (тиском, температурою, питомим об’ємом і ентальпією).

Розпізнають 5 видів процесів: ізохорний, ізобарний, ізотермічний, адіабатний і політропний.

@Ізохорний процес здійснюється при V = Const.

Виходячи з рівняння Клайперона ( P·V = R·T), при V = Const матимемо:

  -  закон Шарля

Вся підведена теплота перетворюються на збільшення внутрішньої енергії. Робота дорівнює нолю.

@ Ізобарний процес Р = Const, тоді:

Р                                                                

                                                                                 - закон Гейлюсака.

                                                         В ізобарному процесі одночасно з нагрівом 

                                                          відбувається розширення газу. В цьому                                                             

                                                           випадку лише незначна частка йде на
                                                          здійснення роботи , приблизно 28,5%, а 7,5%                                      V       71,5% на змінення внутрішньої енергії.

@ Ізотермічний процес Т = Const, тоді:

Р₁·V₁ = P₂·V₂ – закон Бойля-Моріота

Здійснить такий процес практично дуже важко ( втрати тепла відбуваються).Робота визначається за формулою:

L =2,3R·T·lg·

@ Адіабатний процес – процес, який здійснюється без обміну з зовнішнім середовищем. Можливе виконання при дуже швидкому процесі.

Рівняння адіабати буде мати вигляд: P·V^k = Const, де k – коефіцієнт адіабати.

Під час здіснення адіабатного процесу відбувається швидке змінення тиску. Зовнішня робота здійснюється за рахунок змінення внутрішньої енергії газу. Робота визначається за формулою:

@ Політропний процес – багатообразний термодинамічний процес описується рівнянням: Р·Vⁿ =  Const, де n – показник політропи. Формули для визначення роботи аналогічні як і при адіабатному процесі тільки показник політропи – n.

4. 2^Й закон термодинаміки.

1 – й закон термодинаміки говорить про перетворення енергії, але не дозволяє вирішить питання про можливість та напрямок здійснення термодинамічного процесу. Але це питання має велике практичне значення.

Достатньо легко роботу перетворити в теплоту ( наприклад тертя, стиснення), і навпаки, теплоту перетворити на роботу складніше. Зворотний процес потребує додаткових затрат енергії із зовні. Тепло легко переходить від гарячого тіла до холодного, а навпаки потрібно витрачати додатково енергію.

 Всі  ці особливості роз’яснює 2- й закон термодинаміки, який сформулював вчений Карно так:

всюди де є різниця температури можливе виникнення рушійної сили і величина її залежить тільки від різниці температур тіл між якими відбувається обмін теплом.

Розглядають функцію s – функція стану газу, яка має назву ентропія. Змінення ентропії зворотних процесів записують так:

ds =

Змінення ентропії залежить тільки від початкового і кінцевого стану газу і не залежить від процесу, згідно якого змінюється цей стан.

5. T-s діаграма.

Так як кожному стану тіла або системі тіл відповідає своє значення температури Т і ентропії s, то кожний рівновісний стан його можливо відобразить графічно крапкою, а зворотній процес зміни стану – кривою. Якщо в прямокутній системі координат на вісі абсцис відложити значення ентропії s , а на вісі ординат  - значення температури Т, то в загальному вигляді зворотне змінення стану 1 кг робочого тіла можливо відобразити деякою кривою. Площа є                     значення  теплоти dq, яке підведено або відведено від газу.

А площа під кривою дорівнює кількості теплоти процесу відображеного кривою. І тому діаграму Тs  називають „тепловою”.