Параметры состояния и уравнения состояния.

Истинная и средняя теплоемкости веществ.

Теплоемкостью называется количество теплоты, которое надо сообщить единице массы, количества или объема вещества, чтобы его температура повысилась на 1 градус.

Различают массовую теплоемкость с, измеряемую в Дж/(кг × К), молярную  – Дж/(кмоль × К) и объемную с' – Дж/(м³ × К).

Связь между массовой, молярной и объемной теплоемкостью представлена следующими соотношениями: ;    .                                     

Теплоемкость газов зависит от термодинамического процесса, в котором подводится или отводится теплота. Если процесс задан условием
z = idem, то теплоемкость в этом процессе будет определяться следующим образом:

.   - Эта теплоемкость называется истинной.

Экспериментальное определение теплоемкости проводится в двух процессах: при постоянном объеме (изохорная теплоемкость c_v) и постоянном давлении (изобарная теплоемкость c_p).

Теплоемкость реального газа зависит от температуры и давления. Теплоемкость идеального газа зависит только от температуры.

Для практических расчетов вводится понятие средней теплоемкости в интервале температур от t ₁ до t ₂, значение которой принимается неизменной для всего рассматриваемого интервала температур (с _zm).

Количество теплоты, подведенной к телу (или отведенной от него) в процессе 1 –2 (изобарном или изохорном), определяется соотношением

.                             .                                               

Средняя теплоемкость численно равна истинной теплоемкости при среднеарифметической температуре процесса.

Смеси жидкостей, паров и газов, расчет характеристик смеси веществ.

Термодинамическая смесь – система, состоящая из  химически невзаимодействующих друг с другом компонентов. Состав смеси задаётся либо массовой концентрацией компонентов - , либо молярным составом -  (объёмный).

, где  - масса одного компонента смеси,  - масса всей смеси.

,

, где  - число киломолей вещества,  - число киломолей смеси,

Для смеси нужно уметь определять среднюю молекулярную массу  и среднюю газовую постоянную :

Если смесь является идеальным газом, то .

Если смесь является реальным газом, то .

Псевдокритические параметры:

Схемы смешения. Закон Дальтона.

Схемы смешивания газов:

1. , следовательно .

2. , следовательно .

Закон Дальтона: давление смеси равно сумме парциальных давлений компонентов.

Парциальное давление.

Теплопроводность через однослойные и многослойные плоские стенки.

Расчетное выражение удельного теплового потока получается из уравнения Фурье

 

 

В общем случае для стенки, состоящей из n – слоев имеем

 

 

 

 

Температура на стыке двух слоев:

См. предыдущий вопрос.

Параметры состояния и уравнения состояния.

Параметры состояния - физические величины, характеризующие внутреннее состояние термодинамической системы. Параметры состояния термодинамической системы подразделяются на два класса: интенсивные и экстенсивные.

Интенсивные свойства не зависят от массы системы, а экстенсивные - пропорциональны массе.

Термодинамическими параметрами состояния называются интенсивные параметры, характеризующие состояние системы.

Простейшие параметры:

1.  - абсолютное давление - численно равно силе F, действующей на единицу площади f поверхности тела ┴ к последней, Па=Н/м²

2.  - удельный объём -это объем единицы массы вещества.

3. Температура есть единственная функция состояния термодинамической системы, определяющая направление самопроизвольного теплообмена между телами.

Уравнение состояния для простого тела- .

Термодинамический процесс – непрерывная последовательность равновесных состояний.

Уравнение термодинамического процесса – уравнение вида .

Внутренняя энергия – полный запас энергии, определяемый внутренним состоянием. .

Удельная энергия - , .

Элементарное изменение внутренней энергии - .

Количество теплоты - , .

Удельная теплота - , .

Элементарное количество теплоты - .

Теплообмен – процесс передачи энергии путём передачи теплоты.

Термодинамическая работа – работа, вызванная изменением объёма, .

Удельная работа - .

 

3.Термодинамическая работа. Координаты Р-v.

Термодинамическая работа – работа, вызванная изменением объёма, .

Удельная элементарная термодинамическая работа обратимого изменения объема (Дж/кг) определяется: .                                       (1.1)

Поскольку термодинамическая работа зависит от пути (вида) процесса, для вычисления интегральных значений полной (), или удельной () работы должны быть заданы уравнения процессов изменения состояния тела в форме,  либо его графическое изображение в диаграммах состояния р – V(v).

Работа определяется площадью под кривой процесса независимо от вида рабочего тела и его свойств. В силу этого координаты р – V и р – v называются универсальными координатами работы.

В частном случае для изобарного процесса (p = idem) интегральные значения полной и удельной термодинамической работы определяются по следующим соотношениям L _1,2 =  = ;      l _1,2 =  = .

Работа расширения считается положительной (, ), а работа сжатия – отрицательной ().

4. Потенциальная работа. Координаты Р-v. Распределение работы.

Потенциальная работа - работа по перемещению сплошных масс (газа, пара или жидкости) из области одного давления (p₁) в область другого давления (p₂).

Элементарная потенциальная работа простого тела определяется из соотношения                          .

Удельная потенциальная работа в элементарном процессе  определяется по формуле: .                                         

Для определения интегральных значений полной () или удельной () работы надо знать уравнение процесса изменения состояния рабочего тела  или его графическое изображение в диаграммах состояния р – V или р – v.

Работа определяется в кооординатах р – V площадью независимо от вида рабочего тела и его свойств.

В частном случае для изохорного процесса (v = idem) интегральные значения полной и удельной потенциальной работы определяются по следующим соотношениям: ; .

Потенциальная работа (+) при снижении давления ()и (-) – ().

Потенциальная работа в обратимом процессе () есть сумма эффективной работы  и необратимых потерь работы :  =  + .

Эффективная т/д работа () простого тела в замкнутом пространстве и эффективная потенциальная работа () потока передаются внешней системе (  или ) и используются для изменения энергии внешнего положения тела (dE_cz):  =  + dE_cz;  = + dE_cz.                          

В условиях механических процессов (dE_cz = G × c _Е × dc _Е + G × g × dz) уравнение распределения термодинамической и потенциальной работ формулируется:

; ,                        

где c_E – скорость движения тела, dz – изменение высоты центра тяжести тела в поле тяготения.