теория задач. Тепловая и механическая энергия. Энергия это количественная оценка различных форм движения материи, которые могут превращаться друг в друга.
 Скачать 185.5 Kb.
|
|
Тепловая и механическая энергия. Энергия – это количественная оценка различных форм движения материи, которые могут превращаться друг в друга. Условно энергия подразделяется по видам: химическая, механическая, электрическая, тепловая, ядерная и т.д. Техническая термодинамика изучает физические процессы преобразования тепловой энергии в механическую. Теплота является универсальной формой энергии, возникающей в результате молекулярно-кинетического (теплового) движения микрочастиц –молекул, атомов, электронов. Универсальность в том, что любая форма энергии (механическая, химическая, электрическая, ядерная и т.п.) трансформируется в конечном счете либо частично, либо полностью в тепловое движение молекул (теплоту) В качестве рабочего тела используются газы и пары, так как они при нагревании или охлаждении значительно изменяют свой объем или давление (в сравнении с жидкостями) и обладают значительным коэффициентом объемного расширения. Рабочими телами называют вещества, используемые для превращения теплоты в работу. Рабочее тело – вещество, посредством которого осуществляются процессы теплоэнергетических установок. В паровых машинах и турбинах рабочее тело – водяной пар. В двигателях внутреннего сгорания - это продукты сгорания жидких или газообразных топлив. Теплота и работа это две формы передачи энергии от одного тела (системы) к другому Передача энергии в форме тепла обусловлена энергетическим взаимодействием молекул при отсутствии видимого движения тел Количество теплоты, полученное телом считается положительным, а отданное – отрицательным. В отличие от тепла передача энергии в форме работы связана с видимым перемещением тела, в частности, с изменением его объема Величину работы, совершаемой телом, считают положительной, а полученной - отрицательной (сжатие). При сжатии рабочего тела работа производится со стороны внешней среды. При расширении газ преодолевает усилие, приложенное к штоку поршня, и совершает работу Если взять цилиндр с поршнем и к рабочему телу в цилиндре подвести тепло, то объем увеличится и будет совершена работа на перемещение поршня и температура тела увеличится. +примеры Пар из котла поступает в паровую турбину. Из сопел пар поступает на лопатки турбины, отдает им свою энергию и они приходят в движение, так возникает механическая энергия вращения рабочего колеса и вала турбины и электрогенератора, в котором механическая энергии превращается в электрическую. Термодинамическая система и внешняя среда. Выделенное для термодинамического исследования рабочее тело или группа тел называют термодинамической системой Простым примером термодинамической системы может служить . газ расширяющийся или сжимающийся в цилиндре с движущимся поршнем. Воздух снаружи цилиндра – окружающая среда. Тела не входящие в систему называют окружающей (внешней) средой. Все что находится вне системы, называют внешней или окружающей средой. Внешняя среда - окружающая рабочее тело среда, которая воздействием внешних сил заставляет, например газ сжиматься Параметры, характеризующие состояние тел (давление, температура, удельный объем), называют термодинамическими. Параметры состояния определяют конкретные физические условия, в которых находится термодинамическая система (р t υ). Обмен энергией между термодинамической системой и окружающей средой может происходить в двух формах – в форме теплоты и в форме механической работы Теплота и работа являются важнейшими понятиями в технической термодинамике. Теплота и работа не являются самостоятельными видами энергии, они представляют собой две различные формы обмена энергией между термодинамической системой и окружающей внешней средой Идеальный и реальный газ. В термодинамике принято подразделять газы на реальные и идеальные. Идеальный газ — это газ, молекулы которого не обладают силами взаимодействия, а сами молекулы представляют собой материальные точки с бесконечно малыми объемами. В природе идеальных газов не существует. В термодинамику их вводят условно для получения простых расчетных формул (теоретическая модель газа)., определяющих свойства рабочих тел. Понятие об идеальном газе облегчает термодинамические исследования и обеспечивает допустимую практическую точность результатов расчета с реальными газами Реальные газы, наиболее часто встречающиеся в практике (кислород, азот, атмосферный воздух, водород и др.), при выполнении теплотехнических расчетов вполне допустимо считать идеальными. Это значительно упрощает решение задач. Можно считать, что идеальный газ есть предельное состояние реального газа, когда давление газа стремится к нулю, а объем - к бесконечности. Исключение составляет водяной пар. Когда он является составной частью газовых смесей, например: в продуктах сгорания топлива или в атмосферном воздухе, его можно отождествлять с идеальным газом. Когда же водяной пар является рабочим телом в паровых двигателях, отопительных устройствах или теплоносителем в теплообменных аппаратах, его состояние близко к состоянию жидкости и к нему уже не применимы законы идеального газа. Для идеальных газов справедлив ряд соотношений между их давлением, объемом и температурой, выражаемых законами газового состояния. Реальные газы — это газы, молекулы которых обладают силами взаимодействия и имеют конечные, хотя и весьма малые, геометрические размеры. (стр 170) В технике широко применяют пары различных веществ: воды, аммиака, фреона и др. Получение точного уравнения состояния реального газа – проблема, которая полностью не решена до сих пор. Поэтому в большинстве случаев задача сводится к созданию полуэмпирических уравнений состояния. Основные термодинамические параметры состояния рабочего тела: Параметры, характеризующие состояние тел (давление, температура, удельный объем), называют термодинамическими параметрами. Давление. Этот параметр (давление) представляет собой силу, действующую на единицу площади поверхности, направленную по нормали к ней, и обозначается р. Давление газа — средняя сила ударов молекул газа, совершающих хаотическое непрерывное перемещение, на внутреннюю поверхность стенок сосуда, в котором он заключен. За единицу измерения давления принято такое давление, которое создается силой 1 ньтон (Н) на поверхность в 1 м2, т.е. 1 Н/м2 = 1 Па (Паскаль). Так как это давление очень мало. Для измерения больших давлений пользуются приставками кило = 10 3 1 кПа = 10 3 Па Мега - 106 1 МПа= 10 6 Па Для удобства использования в практических расчетах применяют 1 бар = 105Па = 0.1 МПа В теплотехнических установках еще многие приборы отградуированы в атмосферах, 1 ат = 1 кгс/см2 = 98066.5 Н/м2 ≈ 98 кПа = 0.98 бар = 10 м вод. ст. Часто давление измеряют высотой столба жидкости, уравновешивающего давление газа. В термодинамике пользуются абсолютным давлением рабс. В технике различают абсолютное давление рабс, атмосферное (барометрическое) рб и избыточное (манометрическое) рнзб,= рм, которое может быть больше или меньше атмосферного Абсолютным давлением рабс называется полное, действительное давление рабочего тела внутри сосуда. Давление воздуха, окружающего Землю, называется атмосферным давлением. Оно измеряется барометром и поэтому называется барометрическим. Его приближенно можно принимать равным 0.1 МПа Давление газа в сосуде можно измерить с помощью U-образной трубки с жидкостью, открытый конец которой сообщается атмосферой. Если давление в сосуде выше атмосферного (рис. |8.1, а), то оно будет уравновешено столбом жидкости высотой h. |Следовательно, рабс = рб + ρgh (8.1) где рабе — абсолютное (полное) давление газа в сосуде; рб — атмосферное (барометрическое) давление; g — ускорение свободного падения в данной местности; ρ — плотность жидкости; h — высота столба жидкости. Произведение gρh представляет собой избыточное давление, т. е. Рабс = Рб + Ризб ризб = ρgh Ризб = рабс - рб- (8.2) (стр171) Избыточным давлением называется разность между абсолютным и атмосферным давлениями. Прибор, измеряющий избыточное давление, называется манометром, поэтому избыточное давление называют еще манометрическим. рабс =рб - ризб - Вакуумом или разрежением называется разность между атмосферным и абсолютным давлениями. Вакуум (разрежение) измеряется прибором называемым вакуумметром. Разрежение бывает в газоходах котла, в вакуумных сушилках и измеряется приборами - тягомерами Температура. Этот параметр характеризует степень нагретости тела. Он определяется средней кинетической энергией движения молекул газа, т. е. характеризует меру интенсивности движения молекул Для измерения температуры используют две температурные шкалы: термодинамическую и международную практическую. За нуль абсолютной температуры 0 К (термодинамической шкалы или шкалы Кельвина) принята температура (температура тройной точки -одновременно твердое, жидкое, газообразное) вещества, в котором отсутствует хаотическое тепловое движение молекул и атомов. По этой шкале (Кельвина -1848г) температура всегда положительна (Т> 0). Нуль температуры по международной практической шкале (шкале Цельсия – 1742г) соответствует температуре плавления льда при рб = = 101,325 Па (760 мм рт. ст.); температура кипения воды — 100 0С. Соотношение между значениями температуры, измеренной по этим шкалам, определяется выражением Т= t + 273,15, (8.4) Где t — температура по шкале Цельсия, 0С. Округленно Т= t + 273 Цена деления шкалы Цельсия совпадает с ценой деления шкалы Кельвина 1 К = 1 0С, т.е . величина градуса в обеих шкалах одинакова, следовательно, ∆Т = ∆t Согласно молекулярно-кинетической теории тепла под абсолютным нулем понимают такое предельное состояние вещества, при котором отсутствует движение молекул. По шкале Фаренгейта применяется в США, Канаде, Австралии, Англии принята температура плавления льда и кипения воды при нормальных условиях 32 0F и 212 0F. (За нуль приняты температура плавления смеси равных частей льда и нашатыря) t 0С = (t 0F – 32) / 1.8 t 0F = 1.8 t 0С + 32 Удельный объем. Если в объеме V, м3, занимаемом газом, содержится масса М, кг, этого газа, то его удельный объем, м3/кг, υ = V / М (8.5) где υ – удельный объем, м3/кг V – полный объем, занимаемый рабочим телом, м3 М – масса рабочего тела, кг Таким образом, удельный объем — это объем, занимаемый единицей массы вещества. Величина, обратная удельному объему, является плотностью газа ρ, кг/м3, которая представляет собой массу газа, заключенного в единице объема (см. подразд. 1.1): ρ = М / V (8.6) где ρ – плотность, кг/ м3 V – полный объем, занимаемый рабочим телом, м3 М – масса рабочего тела, кг Перемножив υ ρ = 1 Отсюда υ = 1/ ρ ρ = 1/ υ Таким образом, удельный объем и плотность являются величинами взаимно обратными. По известному значению одной величины находится другая величина. Для сравнения удельных объемов и плотностей различных газов их берут при одном и том же давлении и температуре. Эти параметры носят название нормальные физические условия, давление равно 760 мм рт. ст. или 101325 Н/м2, а температура 0 С При нормальных физических условиях удельный объем или плотность равны. υ0 = 22.4/μ ρ0 = μ /22.4 Из уравнения состояния газа ρ = р /R Т υ = R Т / р Молекулярно- кинетическая теория газов. Законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля. Из курса физики известны основные законы идеального газа. Предположим, что 1 кг газа переходит из состояния, характеризующегося параметрами р1, υ1 , Т1 в состояние с параметрами р2, υ2 , Т2. Для идеальных газов справедлив ряд соотношений между их давлением, объемом и температурой, выражаемых законами газового состояния. Используя эти законы Бойля-Мариотта Гей-Люссака, Шарля можно получить уравнение состояния идеального газа. р υ / Т = сопst (8.12) т.е. отношение произведения абсолютного давления газа и его удельного объема к абсолютной температуре есть величина постоянная. Закон Бойля —Мариотта при постоянной температуре Т1 = сопst Закон Бойля — Мариотта утверждает, что произведение абсолютного давления идеального газа на его удельный объем при постоянной температуре есть величина постоянная: рυ = сопst = рV при одной и той же температуре удельный объем идеального газа изменяется обратно пропорционально давлению газа р1 /р2 = υ2 /υ1 (изотермический процесс сжатия или расширения –при сжатии давление возрастает и наоборот при расширении давление уменьшается) Закон Гей-Люссака при постоянном давлении р = сопst υ1 /υ2 = Т1 /Т2 или υ / Т = сопst Закон Гей-Люссака гласит, что при постоянном давлении удельный объем идеального газа изменяется прямо пропорционально изменению абсолютной температуры: С ростом температуры объем газа увеличивается V = V0 (1 + βт t ) Где V – объем газа при любой температуре t, м3 V0 - объем газа при температуре 0 С, м3 β – температурный коэффициент объемного расширения газа, 1/ 0С = 1/К Величина коэффициента βт одинакова для различных газов (при относительно низких давлениях) и равна βт = 1/ 273.15, , 1/С = 1/К р = р0 (1 + βт t ) тогда для двух объемов газа V 1 = V 0 (1 + βт t1 ) V 2 = V 0 (1 + βт t2 ) Закон Шарля заключается в том, что при постоянном удельном объеме абсолютное давление идеального газа изменяется прямо пропорционально изменению абсолютной температуры: р1 /р2 = Т1 /Т2 р /Т = сопst При нагревании или охлаждении газа в закрытом сосуде (объем постоянен) давление газа увеличивается или понижается р = р0 (1 + βт t ) Где р – давление газа при любой температуре t, Н /м2 р0 - давление газа при температуре 0 С, Н/м2 β – температурный коэффициент объемного расширения газа, 1/ 0С = 1/К тогда для двух температур газа р1 = р0 (1 + βт t1 ) р2 = р0 (1 + βт t2 ) Используя эти законы, можно получить уравнение состояния идеального газа. Если изменяются все три параметра газа то по объединенному закону Бойля-Мариотта и Гей-Люссака р1 υ1 /Т1 = р2 υ2 / Т2 р1 V1 /Т1 = р2 V2 / Т2 Уравнение состояния идеального газа. Газовая постоянная, ее физический смысл. Для идеальных газов справедлив ряд соотношений между их давлением, объемом и температурой, выражаемых законами газового состояния. Используя эти законы Бойля-Мариотта Гей-Люссака, Шарля можно получить уравнение состояния идеального газа. р υ / Т = сопst (8.12) т.е. отношение произведения абсолютного давления газа и его удельного объема к абсолютной температуре есть величина постоянная. Произведение абсолютного давления на удельный объем, деленное на абсолютное давление,, есть величина постоянная Для 1 кг газа ее обозначают R и называют удельной газовой постоянной: р υ / Т = R (8.13) рυ = R Т (8.14) Формулу (8.14) называют уравнением состояния идеального газа, или уравнением Клапейрона, — ученого, предложившего это уравнение. Газовая постоянная R — величина постоянная для каждого газа. ЕЕ можно называть индивидуальной газовой постоянной. Значения ее для большинства газов приведены в справочной литературе. Поэтому из уравнения состояния можно найти любой неизвестный параметр по двум другим заданным Подставив в это уравнение единицы измерения для р, υ и Т получим единицу измерения для газовой постоянной Таблица 5-1 Чернов стр 117 (Н/м2 ) (м3 /кг) /К = Н м/ (кг К ) = Дж/(кг К) Чтобы использовать уравнение рυ /RТ для любого количества газа, его преобразуют, выразив удельный объем через массу газа М и объем V так как υ = V / М подставив значение υ в уравнение состояния получим рV / М = RТ или рV = МRТ Можно получить по другому умножив обе части уравнения состояния идеального газа на М (массу газа) р υМ = МRТ т.к. υ = V /М, то рV = МRТ это уравнение часто используют для определения массы газа М Таким образом уравнение Клапейрона может быть записано Для 1 кг газа рυ = R Т Для М кг газа рV = МRТ Для одного моля газа р υ μ = μ R Т Уравнение Менделеева - Клапейрона. Универсальная газовая постоянная. Отношение произведения абсолютного давления газа и его удельного объема к абсолютной температуре есть величина постоянная. Для 1 кг газа ее обозначают R и называют удельной газовой постоянной: р υ = R Т (8.14) Умножив обе части уравнения состояния идеального газа (8.14) на μ (Стр 174). Заменив объем газа его молярным объемом Vμ м3/кмоль, а массу — молярной массой μ, кг/кмоль, получим уравнение состояния для 1 кмоля газа: р υ μ = μ R Т р Vμ = μ R Т (8.16) Уравнение в таком виде было получено Д. И. Менделеевым. Из этого уравнения определяется универсальная газовая постоянная R0 = μ R = р Vμ / Т (8.17) р Vμ = R0 Т При нормальных физических условиях универсальная газовая постоянная равна R0 = 8314 Дж /кмоль К R0 = (101325 22.4146) / 273.15 = 8314 Дж /кмоль К Отсюда удельная газовая постоянная , Дж /кг К R = R0 / μ = 8314 /μ (8.18) Из этой формулы хорошо видно, что для каждого газа удельная газовая постоянная имеет свое вполне определенное значение. Для некоторых газов и водяного пара эти значения даны в табл. 8.2. (Стр 175 Для произвольной массы газа М с молекулярной массой μ выражение р Vμ = R0 Т можно представить в виде р V = М R Т (называют характеристическим уравнением) отсюда М = р V / R Т V = М R Т / р Газовая постоянная связана с универсальной газовой постоянной соотношением R = R0 / μ = 8314 /μ тогда М = μ р V / R0 Т (уравнение также называют характеристическим уравнением) Закон Авогадро. следствие его закона. Киломоль. По закону Авогадро в равных объемах различных газов при одинаковых давлениях и температурах содержится одинаковое число молекул. Из этого следует, что плотности газов при одинаковых давлениях и температурах пропорциональны их молекулярным массам μ (массам молекул, выраженным в атомных единицах массы), т.е. μ1 / μ2 = ρ1 /ρ2 или μ1 υ1 = μ2 υ2 Молярная масса представляет собой отношение массы к количеству вещества. Единицей количества вещества в СИ является моль, поэтому молярная масса, обозначаемая μ, измеряется в кг/моль или кг/кмоль. Киломоль (кмоль) – это количество вещества в килограммах, численно равное его молекулярной массе Числовое значение молярной массы, выраженной в кг/кмоль, равно молекулярной массе. μСО2 = 12 + 2 16 = 44 μО2 = 2 16 =32 μСО = 12 +16 = 28 μN2 = 2 14 = 28 Произведение μυ есть объем моля (киломоля) газа. μ1 υ1 = μ2 υ2 = μ υ = Vμ = сопst Закон Авогадро можно сформулировать и так: объемы киломолей различных газов взятых при одинаковых температурах и давлениях равны между собой. Объем киломоля всех газов при нормальных физических условиях (р0 = 760 мм рт. ст. = 1,013 бар = 101,325 кПа; t= 0 °С и g = 9,81 м/с2) равен μυ0 = 22,4146 м3. При нормальных физических условиях удельный объем или плотность равны. υ0 = 22.4/μ ρ0 = μ /22.4 Закон Дальтона. Парциальное давление компонентов газовой смеси. Смесь, состоящая из нескольких идеальных газов, не вступающих в химическое взаимодействие, называется газовой смесью. Закон Дальтона справедлив только для идеального газа. Давление смеси газов равно сумме парциальных давлений газов, составляющих газовую смесь. Каждый газ в смеси ведет себя независимо от других газов, занимает полный объем смеси и оказывает на стенки сосуда свое давление, называемое парциальным давлением. Парциальным давлением газа, входящего в газовую смесь называется давление, которое имел бы газ приданной температуре смеси, занимая весь ее объем. Парциальным называется давление компонента, которое он создавал бы, находясь один в объеме, занимаемом смесью, при температуре смеси. Если считать, что каждый компонент газовой смеси подчиняется уравнению состояния идеального газа и компоненты химически не реагируют между собой, то, согласно закону Дальтона, давление смеси газов рсм равно сумме парциальных давлений отдельных компонентов смеси: рсм = р1 + р2 + р3 + + рп = ∑рi (8.19) где р1, р2, … рп — парциальные давления компонентов смеси, Па п — число компонентов смеси. Объем смеси и объем каждого компонента одинаковы и по отдельности равны объему сосуда, в котором находится смесь газов. При этом температуры смеси и компонентов также одинаковы, (Стр 176) а давления разные. Для того чтобы сопоставить компоненты смеси газов по объему, нужно, чтобы они находились при одинаковом давлении, в качестве которого обычно принимают давление смеси. Объемы компонентов при давлении смеси называют парциальными объемами. С использованием закона Дальтона установлено, объем газовой смеси равен сумме парциальных объемов входящих в нее газов Vсм = V1 + V2 + V3 +…….+.Vп = ∑Vi Где Vсм – объем газовой смеси, м3 V1 , V2 , V3 ... Vп – парциальный объем каждого компонента смеси, м3 В смеси газов каждый компонент ведет себя независимо от других и сохраняет все свои физические свойства при любом количестве компонентов находящихся в смеси. Смесь, состоящая из нескольких идеальных газов (компонентов), не вступающих в химическое взаимодействие, называется газовой смесью. Примерами газовых смесей являются воздух, состоящий из кислорода и азота, естественные горючие газы, добываемые из недр земли и др. Важнейшей характеристикой смеси является ее состав Компонентом газовой смеси называют каждый отдельный газ входящий в смесь. Газовые смеси подчиняются тем же законам, что и однородные газы, входящие в смесь Общая масса смеси равна Мсм = М1 + М2 + М3 +…….+.Мп = ∑Мi Где Мсм – общая масса смеси, кг М1 , М2 , М3 ...Мп – масса каждого компонента смеси, кг Состав газовой смеси может быть задан массовыми или объемными долями. Отношение массы данного компонента к общей массе смеси называется массовой долей данного компонента. т. е. gί = Мί-/Мсм. Тогда М1 / Мсм + М2 / Мсм + М3 / Мсм +…….+.Мп / Мсм = ∑Мi / Мсм g1 + g2 + g3 +……+ gп = ∑gi ∑gi = 1 (8-20) Сумма массовых долей всех газовых компонентов равна единице Объемной долей каждого газа, входящего в смесь называют отношение его парциального объема данного компонента к объему всей смеси. Если объем смеси Vсм , а парциальный объем компонента Vi , то его объемная доля гi = Vi / Vсм. V1 / Vсм + V2 / Vсм + V3 / Vсм +…….+.Vп / Vсм = ∑Vi / Vсм r1 + r2 + r3 +……+ rп = ∑ri ∑ri = 1 (8-20) Сумма объемных долей всех газовых компонентов равна единице Если каждое значение r умножить на 100%, получим процентный объемный состав смеси. В технической литературе чаще всего задают процентный объемный состав смеси газов. Смесь газов ведет себя как однородный газ, и ее состояние в равной степени можно описать следующими характеристическими уравнениями Для одного кг газовой смеси рυ = R Т Для М кг газовой смеси рV = МRТ Для 1 кмоля смеси р Vμ = R0 Т Вычисление кажущейся молекулярной массы смеси. Для упрощения расчетов, связанных с газовыми смесями, представим смесь состоящей из однородных средних молекул, которые по количеству и суммарной массе эквивалентны действительной газовой смеси. Из определения киломоля получим, что количество киломолей К любого газа равно массе М этого газа, деленной на величину киломоля К = М / μ Введем понятие молярной массы газовой смеси μсм и выразим ее через массовые и объемные доли компонентов. Пусть Ксм — число киломолей газовой смеси, К! — число киломолей i-го компонента. Ксм = К1 + К2 + К3 + …….. + Кп = ∑Кi Таким образом, Мсм =Ксм μсм = К1 μ1 + К2 μ2 + К3 μ3 +…….+ Кп μп = ∑ К i μ i + Отсюда μсм = Мсм /Ксм Парциальное давление компонента в газовой смеси равно произведению его объемной или молярной (молекулярной) концентрации на общее давление рi = ri р Удельной теплоемкостью (теплоемкостью) называется количество теплоты, которое необходимо подвести к единице количества вещества (1 кг, 1 м3, 1 кмоль) или отобрать у нее, чтобы изменить ее температуру на один градус. В зависимости от того, что выбрано за единицу количества вещества, различают массовую с, объемную с' и кило-мольную μс теплоемкости, размерности которых соответственно кДж/(кг * К), кДж/(м3 * К) и кДж/кмоль * К). с = μс/μ = с′ •υ о = с′ /ρ (8.35), Дж/кг К с' = μс/22,4; = с /υ о (8.36), Дж/кг К с' = сρ (8.37) Дж/м3 К μс = с • μ = с′ • 22.41 кДж/(кмоль * К). Теплоемкость зависит от температуры. Есть линейная и нелинейная зависимость теплоемкости от температуры. Теплоемкость бывает истинная и средняя, постоянная и переменная. Q = М q = М сm (t2 – t1) Q = М q = М сm (t2 – t1) Q = с М (t2 – t1) = с′Vо (t2 – t1) = μс К /μ М (t2 – t1), Дж Где М – масса газа, кг Первый закон термодинамики можно сформулировать следующим образом: вся теплота, подведенная к системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение работы. стр187 q = Δи + ℓ. (9.7) Δи = и2 – и1 Все члены этого уравнения являются удельными величинами и измеряются Дж/кг При использовании М кг газа, все три члена уравнения умножим на М кг Q = ∆U + L, Дж В СИ (Международной системе единиц СИ ) единицей работы и энергии является Джоуль (Дж). Работа, отнесенная к единице времени, называется мощностью. Мощность измеряется в джоулях на секунду Дж/с и называется ваттом (Вт) Допускается применение внесистемной единицы киловатт-час (кВт ч) 1 кВт ч = 1 кВт 3600 с = 1 (кДж/с) • 3600 с = 3.6 103 кДж = 3.6 МДж Сумма внутренней энергии и произведения давления на удельный объем называется энтальпией, или теплосодержанием и обозначается i (h) Выражение и + рυ = ί (9.9) имеет размерность Дж/кг и называется энтальпией. Следовательно, энтальпия газа при температуре Т (или t) численно равна Т (количеству теплоты, которое подведено к рабочему телу при его нагревании от 0 К (или 0°С) до температуры t) при постоянном давлении. Значение энтальпии различных веществ в различных состояниях приведено в справочниках. Последовательность определенных термодинамических процессов, в которой рабочее тело, претерпев ряд изменений, возвращается в первоначальное состояние, называется круговым процессом, или циклом. процесс протекает при постоянном объеме рабочего тела (изохорный процесс); процесс протекает при постоянном давлении рабочего тела (изобарный процесс); (Примером служит процесс нагревания воздуха в помещении или аппараты с подвижным поршнем). процесс протекает при постоянной температуре рабочего тела (изотермический процесс); Например процесс протекает без теплообмена между рабочим телом и внешней средой (изоэнтальпийный, или адиабатный, процесс). (Например: расширение или сжатие, которое протекает настолько быстро, что теплообмен с окружающей средой не успевает произойти.) Перечисленные процессы являются частными случаями обобщающего (политропного) процесса. Политропный процесс – это процесс, который подчиняется закону рυп = сопst, где п – показатель политропы – число постоянное, зависящее от характера процесса. Рассмотренные термодинамические процессы -изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный = вытекают из политропного процесса и являются его частными случаями Если п=0 то υп = 1 и р = сопst изобарный процесс При п=1 то рυ = сопst изотермический процесс При п=k то рυk= сопst адиабатный процесс При математическом допущении п = ±∞ уравнение политропы примет вид υ = сопst, т. е будет выражать изохорный процесс Важнейшей тепловой характеристикой цикла является термический коэффициент полезного действия, представляющий собой отношение количества теплоты, превращенной в полезную работу, к количеству подведенной теплоты: |