Техническая термодинамика. Законы идеальных газов. Первый и второй законы термодинамики. Теория теплообмена, страница 2

1 бар соответствует давлению 750 мм. рт. ст. или соответствует высоте водяного столба – 10,4 м.

Измеряют манометрами.

Удельный объем

Состояние идеального газа может определятся значениями любых двух параметров.

Уравнение состояния идеального газа

Идеальный газ – модель газа, где молекулы газа не имеют объема.

       

     

     

    

    

    

    

                                     Уравнение состояния реального газа

или уравнение Ван-Дер-Ваальса

Учитывает собственный объем молекул силы сцепления между молекулами.

-учитывает силу сцепления между молекулами

 b – учитывает собственный объем молекулы.

 Водяной пар не поддается уравнению Ван-дер-Ваальса.

 В водяном паре присутствуют одиночные, двойные, … , пятирные молекулы.

Они носят не устойчивый характер. Происходит постоянный распад этих молекул и образование вновь (ассоулация и диссоулация).

Уравнение для водяного пара составлено выдающимися советскими учеными Вукаловичем и Новиковым И.И.

Оно учитывает ассоциацию и диссоциацию молекул. Имеет сложный вид и писать мы его не будем. На основании этого уравнения составляются таблицы и диаграммы водяного пара

1.2.  Первый закон термодинамики

Теплоемкость – это количество теплоты которое необходимо для того чтобы нагреть 1кг вещества на1 С.

Нас обычно интересует среднее значение теплоемкости в зданном интервале температур.  *        

Теплоемкость бывает массовой, объемной, мольной (1кг, 1 м, 1 моль).

Теплоемкость рабочего тела зависит от вида процесса.

а). Изохорический процесс. V = const ;

A = 0 ; dU = m/m cvm (T2 - T1) ; (1.2)

Q = dU ; Q = m/m cvm (T2 - T1) , (1.3)

где m - масса газа ; m - масса одного киломоля газа ; cvm - теплоемкость одного киломоля газа при постоянном обьеме ; T1 , T2 - начальный и конечный температуры газа . 

б). Изобарный процесс. Р = const ;

A = PdV или A = m/m Rm (T2 - T1) ; dU = m/m cvm (T2 - T1) ; (1.4)

Q = U + A , Q = m/m Rm (T2 - T1) + m/m cvm (T2 - T1) = m/m cpm (T2 - T1) , (1.5)

где cpm - теплоемкость одного киломоля газа при постоянном давлении;

Rm = 8,31 Дж/(моль К) - универсальная газовая постоянная. 

в). Изотермический процесс. T = const ;

A = m/m Rm TlnV2/V1 ; dU = 0 ; (1.6)

Q = A ; Q = m/m Rm TlnV2/V1, (1.7)

где V1, V2 - начальный и конечный обьемы газа. 

г). Адиабатный процесс. Q = 0 ;

А = -dU = m/m cvm (T2 - T1) / (g - 1) ; (1.8)

A = m/m Rm T1 [1 - (V1/V2)g -1] / (g - 1) ; (1.9)

A = m/m Rm T1 [1 - (P2/P1) (g -1) / g ] / (g - 1) . (1.10)

где g = cp / cv - показатель адиабаты.

Политропный процесс- такой процесс в котором теплоемкость может иметь любые, но постоянные для данного процесса значения. (“-“).

Работа

Рассмотрим только рвновесный процессв термодинамике.

Условия равновесного процесса:

1.Бесконечные медленные перемещения поршня (время перемещения поршня на заметную величину должно быть больше времени ---- молекул);

2.Разница температур между источником  теплоты и рабочим телом ----;

3.Отсутствует внешний необратимый теплообмен с окружающей средой;

4.Отсутствуют внешнее и внутреннеее трение. Внешнее – между поршнем и стенками, внутреннее между --- и молекулами.

5.Отсутствует химическая реакция.

  

*

*

*

Работа как и теплота являются функцией процесса.

Внутренняя энергия

Для определения значения внутренней энергии рассмотрим  процесс V=const

      

Формулировка: Теплота подведенная к термодинамической системе расходуется на изменение внутренней энергии и на совершение работы.

Теплота которая подводится знак “+”, выводится – “-“

1.3.  Второй закон термодинамики

В этом процессе и  вся теплота, подведенная к системе расходуется на изменение внутренней энергии.

Поскольку внутренняя энергия является функцией состояния, то этой формулой можно пользоваться в любом процессе.