Параметры состояния и уравнения состояния. Отличия между идеальным и реальным газом.

Термодинамическая система

Объектом изучения термодинамики является термодинамическая система. Под понятием системы подразумевается тело или совокупность тел, находящихся в механическом и тепловом взаимодействии друг с другом и с внешней средой. Система называется закрытой, если она сохраняет постоянное количество вещества при всех происходящих в ней изменениях; если нет, то систему принято называть открытой.

Если между системой и окружающей ее средой нет каких-либо энергетических взаимодействий, то такую систему принято называть изолированной системой.

Система, состоящая из одной фазы вещества или веществ, называется гомогенной. Гомогенная система, неподверженная действию гравитационных, электромагнитных и других сил и имеющая во всех своих частях одинаковые свойства, называется однородной.

Система, состоящая из нескольких гомогенных частей (фаз), отделенных поверхностью раздела, называется гетерогенной.

Термодинамической системой принято называть систему, внутреннее состояние которой определяется значениями определенного количества независимых переменных, которые принято называть параметрами состояния. Если состояние термодинамической системы и ее параметры не изменяются во времени, то говорят, что система находится в равновесном состоянии.

Равновесным состоянием системы называется такое состояние системы, которое может существовать сколь угодно долго при отсутствии внешнего воздействия.

Простейшей термодинамической системой или простым телом называется равновесная система, физическое состояние которой вполне определяется значениями двух независимых переменных. К простым телам относятся: газы, пары, жидкости и многие твердые тела, находящиеся в термодинамическом равновесии и не подверженные химическим превращениям, действию гравитационных и электромагнитных сил.

 

Параметры состояния и уравнения состояния. Отличия между идеальным и реальным газом.

Параметры 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.

К термодинамическим параметрам состояния относятся: удельный объем (), давление () и температура ().

Удельный объем () - это объем единицы массы вещества, а величина, обратная удельному объему, называется плотностью вещества ()

; r ; ,

Объем киломоля вещества или молярный объем связан с удельным объемом следующим соотношением:

.

Абсолютное давление () есть предел отношения нормальной составляющей силы к площади, на которую действует эта сила

p = .

 

3. Термодинамическая и потенциальная работы."P-v" координаты.

 

 

Рис. 1.Термодинамическая работа обратимого изменения объема

Термодинамическая работа

В простейшем случае элементарная работа простых тел определяется в зависимости от величины давления и изменения объема (рис. 1)

,

Удельная элементарная термодинамическая работа обратимого изменения объема

.

В частном случае для изобарного процесса (p = idem)

L_1,2 = = ; l_1,2 = = .

Эффективная работа реального процесса равна разности обратимой работы изменения объема и работы необратимых потерь

.

 

Теплоемкость. Определение теплоемкости веществ.

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

; .

z = idem, то теплоемкость в этом процессе будет определяться следующим образом:

- эта теплоемкость называется истинной.

Выражение средней теплоемкости газа

. ,

Смеси идеальных и реальных газов

Смеси реальных газов

Для расчетов характеристик смесей реальных газов обычно используется следующее уравнение состояния .

Приведенное критическое (псевдокритиеское) давление p_пк и температура T_пк газовой смеси: ; ,

Псевдокритические параметры используются для вычисления значений приведенного давлений p и температур t смеси:

; .

Смеси идеальных газов

Уравнения состояния для i -го компонента и всей смеси идеальных газов могут быть представлены в следующем виде:

= ;

Сумма парциальных давлений всех компонентов смеси идеальных газов равна полному давлению смеси

= = = .

 

в схеме смешения при

;

в схеме смешения при

.

Обобщенное выражение по определению средней температуры смеси идеальных газов для различных схем смешения

,

 

8. Математическое выражение первого начала термодинамики

Первое начало термодинамики – это количественное выражение закона сохранения и превращения энергии.

«запас энергии изолированной системы остается неизменным при любых происходящих в системе процессах; энергия не уничтожается и не создается, а только переходит из одного вида в другой».

Второе начало термостатики

«температура есть единственная функция состояния, определяющая направление самопроизвольного теплообмена».

Математическое выражение второго начала термостатики - принципа существования энтропии и абсолютной температуры для любых равновесных систем

и для 1 кг системы

.

 

22. Следствия второго начала термостатики. "T-s" координаты.

Следствие I. Совместное выражение первого начала термодинамики и второго начала термостатики позволяет получить дифференциальное уравнение термодинамики, которое связывает между собой все термодинамические свойства веществ

T ds= c_v dT + = c_p dT + .

Следствие II. Координаты Т - S являются универсальными координатами термодинамического теплообмена.

	Рис. 14. Термодинамический процесс в координатах T-S

 

 

Рассмотрим процесс 1-2 в координатах Т-S и выделим на нем элементарный участок с температурой Т и изменением энтропии dS (рис. 14).

 

Q_1,2 = T_m × (S₂ - S₁).

 

Рис. 15. Теплообмен в термодинамических процессах

 

Следствие III. Адиабатный процесс является процессом изоэнтропийным.

Показатель адиабатного процесса () равен показателю изоэнтропийного

процесса () .

Следствие IV. Коэффициент полезного действия и холодильный коэффициент термодинамических циклов тепловых машин не зависят от вида цикла и природы рабочего тела, а определяются лишь средними абсолютными температурами рабочего тела в процессах подвода и отвода теплоты.

Количества подведенной и отведенной теплоты определяется по следующим соотношениям:

Q₁ ç = = T_m1 × (S₂ - S₁ ) = T_m1 ×úD S_1,2 ç; ú Q₂ ç = = T_{m2 ×}× (S₂ - S₁ ) = T_m2 ×úD S_1,2 ç,

= =1 - .

= = .

.

Следствие V. Коэффициент полезного действия и холодильный коэффициент цикла Карно всегда выше этих коэффициентов эффективности для любых других термодинамических циклов тепловых машин, осуществляемых в одинаковом диапазоне предельных температур рабочего тела ().

, .

 

Следствие VI. Изменение энтропии системы равно сумме изменений энтропии всех тел, входящих в систему (теорема аддитивности энтропии).

.

 

Термодинамическая система

Объектом изучения термодинамики является термодинамическая система. Под понятием системы подразумевается тело или совокупность тел, находящихся в механическом и тепловом взаимодействии друг с другом и с внешней средой. Система называется закрытой, если она сохраняет постоянное количество вещества при всех происходящих в ней изменениях; если нет, то систему принято называть открытой.

Если между системой и окружающей ее средой нет каких-либо энергетических взаимодействий, то такую систему принято называть изолированной системой.

Система, состоящая из одной фазы вещества или веществ, называется гомогенной. Гомогенная система, неподверженная действию гравитационных, электромагнитных и других сил и имеющая во всех своих частях одинаковые свойства, называется однородной.

Система, состоящая из нескольких гомогенных частей (фаз), отделенных поверхностью раздела, называется гетерогенной.

Термодинамической системой принято называть систему, внутреннее состояние которой определяется значениями определенного количества независимых переменных, которые принято называть параметрами состояния. Если состояние термодинамической системы и ее параметры не изменяются во времени, то говорят, что система находится в равновесном состоянии.

Равновесным состоянием системы называется такое состояние системы, которое может существовать сколь угодно долго при отсутствии внешнего воздействия.

Простейшей термодинамической системой или простым телом называется равновесная система, физическое состояние которой вполне определяется значениями двух независимых переменных. К простым телам относятся: газы, пары, жидкости и многие твердые тела, находящиеся в термодинамическом равновесии и не подверженные химическим превращениям, действию гравитационных и электромагнитных сил.

 

Параметры состояния и уравнения состояния. Отличия между идеальным и реальным газом.

Параметры 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.

К термодинамическим параметрам состояния относятся: удельный объем (), давление () и температура ().

Удельный объем () - это объем единицы массы вещества, а величина, обратная удельному объему, называется плотностью вещества ()

; r ; ,

Объем киломоля вещества или молярный объем связан с удельным объемом следующим соотношением:

.

Абсолютное давление () есть предел отношения нормальной составляющей силы к площади, на которую действует эта сила

p = .

 

3. Термодинамическая и потенциальная работы."P-v" координаты.

 

 

Рис. 1.Термодинамическая работа обратимого изменения объема

Термодинамическая работа

В простейшем случае элементарная работа простых тел определяется в зависимости от величины давления и изменения объема (рис. 1)

,

Удельная элементарная термодинамическая работа обратимого изменения объема

.

В частном случае для изобарного процесса (p = idem)

L_1,2 = = ; l_1,2 = = .

Эффективная работа реального процесса равна разности обратимой работы изменения объема и работы необратимых потерь

.