Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Аналитическое определение и графическое изображение работы
Пусть происходит процесс 1-2 расширения рабочего тела в цилиндре. Масса тела 1 кг. Если этот процесс разбить на бесконечно малые элементы, то в каждом элементе давление р можно считать постоянным, принимая его среднее для элемента значение (рис. 7). Если площадь поршня f, то при перемещении ds он совершает работу pfds, где pf – сила,
. Рис. 7
Если в процессе расширения участвует m кг газа, то, рассуждая аналогично предыдущему
, (41) т.е. работа m кг газа в m раз больше работы 1 кг газа. При аналитическом решении для вычисления интегралов должна быть задана зависимость p = f (v). При решении задачи в графической форме используется кривая 1-2 в p-v координатной системе. Из курса математики известно, что площадь S под кривой p = f ( v ) определяется по выражению
, (42) т.е. тем же интегралом, что и работа расширения газа. Отсюда следует, что площадь под кривой любого процесса в p – v диаграмме измеряет работу расширения газа. Из рисунка видно, что как работа расширения, так и работа сжатия зависит не только от начального и конечного состояний тела, но и от характера термодинамического процесса, в котором рабочее тело переходит из одного состояния в другое.
Теплота и работа в термодинамическом процессе Понятие теплоты и работы связано не с термодинамическим состоянием, а с термодинамическим процессом. Термодинамическим процессом называется последовательное изменение состояния тела, происходящее в результате энергетического взаимодействия рабочего тела с окружающей средой. Это энергетическое взаимодействие между телами может осуществляться двумя принципиально различными способами. Первый способ передачи энергии представляет собой процесс силового взаимодействия одного тела с другим, сопровождающейся перемещением другого тела. При этом первое тело совершает над вторым механическую работу L, измеряемую произведением силы на путь перемещения точки приложения силы. В технической термодинамике рассматривается механическая работа, совершаемая рабочим телом не только при перемещении, но и при изменении объема тела.
Работа, отдаваемая телом, считается положительной, а работа, совершаемая над телом – отрицательной. Единица измерения – Дж = Н∙м. Второй способ передачи энергии связан с наличием разности температур. Передача энергии осуществляется либо путем непосредственного соприкосновения тел с различной температурой, либо с помощью излучения. В этом случае количество переданной энергии называется теплотой Q, а сам процесс – теплопередачей. Количество полученной теплоты - положительное, отданной – отрицательное. Единица измерения теплоты – Дж и внесистемная единица - ккал. 1ккал = 4,187 ∙103 Дж. Таким образом, работа и теплота являются двумя способами (формами) передачи энергии в термодинамическом процессе. Обычно в термодинамическом процессе происходит одновременная передача энергии. В зависимости от соотношения между энергией, переданной тем или иным способом, различают и процессы. Так, при L = 0 процесс изохорный, процесс без теплообмена (Q = 0) называется адиабатным. Работа и теплота отличны от нуля только при наличии процесса. Определенному состоянию тела или системы не соответствует какое-либо значение L или Q. Несмотря на общность понятий работы или теплоты как меры переданной энергии в процессе, между ними имеется качественное различие. Энергия, передаваемая первым способом, может непосредственно (без предварительного преобразования) израсходоваться на увеличение любого вида энергии, а теплота непосредственно может израсходоваться только на увеличение внутренней молекулярной энергии.
Внутренняя энергия При изучении термодинамических преобразований теплоты в работу под величиной внутренней энергии понимают тот запас, который был обусловлен тепловым (хаотическим) движением молекул. Внутренняя энергия складывается из: а) кинетической энергии поступательного движения молекул; б) кинетической энергии вращательного движения молекул; в) внутримолекулярной энергии, т.е. энергии внутримолекулярных колебаний атомов.
При обычных температурах внутренняя энергия характеризуется поступательным, при повышенных температурах – поступательным и вращательным, а при очень высоких температурах– поступательным, вращательным и колебательным движением молекул. У реального рабочего тела, так как между молекулами существуют силовые взаимодействия, к отмеченным трем составляющим прибавляется потенциальная энергия взаимодействия молекул, зависящая от расстояния между молекулами и от их взаимного притяжения. Величина этой составляющей связана с величиной удельного объема. На основании данных многочисленных аналитических и теоретических исследований установлено, что с допустимой инженерной погрешностью внутренняя энергия для идеального газа является функцией только температуры, а ее изменение возможно только при изменении температуры
Для реальных газов (паров) u является функцией еще и v или p. Опытным путем также легко установить, что для реальных газов, далеких от перехода их в жидкую среду, u = f (t). Для этого рассмотрим классический опыт Джоуля. Два железных цилиндра помещены в калориметр. Внутри цилиндра А р = 20 бар, а в цилиндре В избыточного давления воздуха нет. В калориметре известна t 1. Затем открывался кран и после устaновления в А и В равного давления измерялись t 2. Оказалось, что t 1 = t 2. Здесь, по условиям опыта, Q = 0, L = 0, тогда u 2 – u 1 = 0, т.е. внутренняя энергия зависит только от температуры. Таким образом, u от характера термодинамического процесса не зависит и является параметром состояния, т.е. зависит только от начальной и конечной температур процесса. Поэтому для всех термодинамичеcких процессов изменение внутренней
u производится по одной формуле:
u = c v (T 2 – T 1). (43)
Энтальпия Рассмотрим уравнение I закона dq = du + pd v. Так как pd v = d (p v) – v dp, то dq = du + d (p v) – v dp или dq = d (u + p v) – v dp. Функция u + p v введена в практику тепловых расчетов известным физиком Гиббсом и названа энтальпией. Удельная энтальпия, т.е. энтальпия, отнесенная к 1 кг, обозначается i. Так как все параметры (u, p и v), определяющие энтальпию, являются параметрами состояния, энтальпия тоже параметр состояния. dq = di – v dp. (44) При p = const dq = di или q = i 2 – i 1. (45) Таким образом, энтальпией называется количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг рабочего тела от 0оС до заданной температуры при p = const. Обычно для упрощения расчетов применяется i = 0 при 0оС, хотя по физическому смыслу предусматривается нагревание от 0оК. Физический смысл энтальпии понятен из примера. Потенциальная энергия гири равна mhg. Масса гири уравновешивается давлением под поршнем р (рис. 8). Тогда mgh = phs (где s – площадь поршня). hs – удельный объем газа (т.к. его масса 1кг) mgh = p v. Произведение pv – это работа, которую нужно затратить, чтобы газ объемом v ввести во внеш- Рис. 8 нюю среду с давлением р. Если внутренняя энер гия газа равна u, то u + p v = i - это полная энергия
рабочего тела и окружающей среды.
3.8 Контрольные вопросы 1. Что такое средняя удельная теплоемкость? 2. Чему равны теплоемкости рабочего тела в основных процессах? 3. Почему ср больше сv? 4. Запишите выражения, связывающие между собой ср и сv. 5. Приведите основные формулировки первого закона термодинамики. 6. Приведите аналитические выражения первого закона термодинамики. 7. Что такое теплота и работа? Покажите, что теплота и работа являются функцией процесса. 8. Что такое внутренняя энергия? 9. Что такое энтальпия? В чем заключается физический смысл энтальпии?
|
|||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-01-14; просмотров: 152; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.216.32.116 (0.012 с.) |