Техническая термодинамика

Структура

Техническая термодинамика

Установочная лекция для студентов заочного факультета специальности 280102Подготовлена доцентом кафедры ГДУ, к.ф.-м.н Ивания С.П.

Структура

Структура разделаМодуль 1. Обоснование принципа работы

теплового двигателя(основные понятия и определения)

Термодинамическая система

(обобщающее понятие)

Термодинамический процесс

(переход из одного состояния в другое)

Модуль 2. Связь характеристик термодинамической системы

(Первый закон термодинамики)

Внутренняяэнергия

Теплотаи работа

Энтальпия

Параметры состоянияcистемы (P,V, T, m)

Связь между параметрами (уравнение состояния

идеального газа)

Направленность самопроизвольных термодинамических процессов, возможности преобразования

теплоты в работу (Второй закон термодинамики)

Изменение характеристиктермодинамической системы

в результате процесса (исследование

термодинамических процессов)

Идеальныйгаз

Смесиидеальных

газов

Простейшие модели

Максимально возможный к.п.д.

теплового двигателя(цикл Карно, энтропия)

Изопроцессыидеального газа


Структура3

Объект изучения

Газ – рабочее тело –под поршнем в цилиндретеплового двигателя

На языке термодинамики это –термодинамическая система


Структура4

Основные понятия и определения

Термодинамика – наука о наиболее общих свойствах макроскопических физических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, о процессах перехода между этими состояниями


Структура5

Основные понятия и определения

Термодинамическое равновесие – состояние термодинамической системы, в которое она приходит самопроизвольно через достаточно большой промежуток времени в условиях изоляции от внешней среды


Структура6

Простейшие модели термодинамических систем

Идеальный газ – теоретическая модель газа:молекулы – материальные точки, обладающие только кинетической энергией

Смеси идеальных газов – воздух, горючие смеси и т.п.

Свойства реальных газов при высоких температурахи низких концентрациях близки к свойствамидеального газа


Структура7

Параметры состояния системы

Физические величины, которыми характеризуется равновесное состояние, называются параметрами состояния системы

абсолютная температура Т [К]

объем V [м3]; удельный объем v = V/m [м3/кг]

абсолютное давление Р [Па]; 1 Па = 1Н/м2

Т, K = t,0C + 273,15


Структура8

Нормальные условия

температура Тн = 0 0С = 273,15 К

атмосферное давление Рн = 760 мм рт.ст = 101,3 кПа


Структура9

Абсолютное давление

Р=Ри+Ра – абсолютное давлениеРа – атмосферное давление

Ри – избыточное давление (выше атмосферного)

Р=Ра-Рв – абсолютное давлениеРв – давление, измеренное вакуумметром

(недостаток до атмосферного)


Структура10

Смеси идеальных газов

Cпособы задания состава смеси: массовый и объемный

Массовый состав: mсм = ∑mi

Массовая доля газовой компоненты:gi = mi /mсм ; ∑gi = 1

Парциальное давление Рi – давление, которое оказывала бы i-тая компонента газа, если бы она одна занимала весь объем смеси при температуре Т = Тсм

Закон Дальтона: Рсм = ∑Рi



Смеси идеальных газов

Объемный состав: Vсм = ∑Vi

Парциальный объем Vi – это объем, который имела бы i-тая компонента смеси при давлении

Р = Рсм и температуре Т = Тсм

ri = Vi / Vсм – объемная доля смеси; ∑ri = 1

Молекулярная масса смеси: μсм = ∑ μi·ri

Связь между массовой и объемной долями смеси: gi = ri·μi /μсм


СтруктураТехническая термодинамика 12

Уравнение состояния идеального газа

Три параметра состояния – P, V, T – не являются независимыми

Они связаны соотношением, которое называется уравнением состояния идеального газа

Два вида уравнения состояния в термодинамике:PV = mRT (1)M – масса газаR – газовая постоянная данного газа, [Дж/(кг К)]


СтруктураТехническая термодинамика 13


Другой вид уравнения состояния: PV = nµR0T (2)nµ – количество молей веществаnµ=m/ μμ – молекулярная масса данного газаR0 – универсальная газовая постоянная R0 = 8,314 [Дж/(моль К)]

Связь между газовыми постоянными R и R0: R= R0/μ




Связь с молекулярно-кинетической теорией: P=nkT (3) – еще один вид уравнения состояния

n=N/V – концентрация молекул в объемеN – общее количество молекул газаk= R0/ NA – постоянная БольцманаNA – количество молекул в одном моле – число Авогадро;

nµ=N/ NA

NA=6,02•1023 [моль-1] k=1,38 •10-23 [Дж/K]




Термодинамический процесс – переход системы из одного состояния в другое в результате изменения внешних условий (сообщения системе теплоты или совершения над системой работы)




Термодинамический процесс называется равновесным, если в любой его точке состояние термодинамической системы можно считать равновесным

Термодинамический процесс можно изобразить графически в системах координат P-V, P-Т или V-Т, называемых P-V, P-Т или V-Т-диаграммами


Структура

Основные изопроцессы идеального газа

Изохорный – V=const

Изобарный – P=const

Изотермический – T=const

Адиабатный – dQ=0



Графическое изображение процессов

Изохорный

(gannalv.narod.ru)




Изобарный

(gannalv.narod.ru)




Изотермический

(gannalv.narod.ru)




Адиабатный в сравнении с изотермическим

(www.fos.ru)

Documents

Техническая термодинамика