ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Уравнение состояния идеального газа из "Техническая термодинамика и теплопередача " Для изображения термодинамических состояний и процессов чаще всего используют плоские диаграммы, координатные оси которых соответствуют двум термодинамическим параметрам. Например, точки на р—v-диаграмме изображают равновесные состояния точки 1, 1, 1 ,. .. на рис. 1.1. Равновесный процесс изображается линией 1—2. [c.8] Основными процессами в технической термодинамике являются изохорный (при постоянном объеме), изобарный (при постоянном давлении) изотермический (при постоянной температуре), адиабатный (без внещ-него теплообмена). [c.8] в точности подчиняющийся уравнению (1.4) — уравнению Клапейрона,— называется идеальным. [c.9] При заданных значениях Pi м Tl произведение pui одинаково для всех газов. Следовательно, в правой части уравнения (1.5) для всех идеальных газов должна быть одинакова величина При переходе к другому состоянию с параметрами р2 и T a величина рТ не изменится, ибо уравнение (1.5) сохранило все свойства уравнения Клапейрона (1.4) после умножения обеих частей на число х. Таким образом, величина iR не зависит ни от вида идеального газа, ни от его состояния. Эта величина носит название универсальной газовой постоянной, она была введена Д. И. Менделеевым. [c.10] Удельная теплоемкость газа — это количество теплоты, расходуемое при нагревании или охлаждении 1 кг, 1 или 1 кмоль газа на 1°. Теплоемкость, отнесенная к 1 кг газа, называется массовой, обозначается с и имеет единицу измерения кДж/(кг-К). [c.10] Теплоемкость зависит от характера процесса. Особое значение имеет теплоемкость газа при постоянном давлении (в изобарном процессе) Ср и постоянном объеме (в изохорном процессе) с . [c.11] Внешние условия определяются окружающей средой и воздействием внешних тел на термодинамическую систему. Если при воздействии изменяется положение внешних тел, то говорят, что над системой производится работа. Изменение положения внешних тел приводит к перемещению границы (оболочки) системы и, как правило, к изменению ее объема. Кроме того, взаимодействие между системой и внешними телами проявляется как действие сил. Налицо, таким образом, оба элемента, образующих понятие работы в механике сила и перемещение точки ее приложения. [c.12] Знак элементарной работы совпадает со знаком дифференциала объема при увеличении объема работа положительна (система совершает работу) при уменьшении объема работа отрицательна (работа совершается над системой). [c.13] Например, при образовании парового пузыря в процессе кипения совершается работа сил поверхностного натяжения, в этом случае поверхность раздела паровой и жидкой фаз является обобщенной координатой, а коэффициент поверхностного натяжения — обобщенной силой. [c.14] Рассмотрим работу изменения объема применительно к равновесному процессу расширения газа в цилиндре с поршнем (рис. 2.1,в). В цилиндре находится 1 кг газа, поэтому объем цилиндра, ограниченный поршнем, представляет собой удельный объем газа. На стенки цилиндра и на поршень площадью Р изнутри действует всюду одинаковое давление газа р, которое медленно изменяется по мере того, как поршень редкими, бесконечно малыми толчками перемещается вправо. Такое перемещение поршня возможно в том случае, если извне на него действует сила, почти уравновешивающая давление р системы в этом случае процесс можно считать близким к равновесному (или квазистатическому, представляющему последовательность статических состояний). [c.14] Принципиальная возможность взаимных превращений теплоты и работы была известна еще до начала нащей эры. М. В. Ломоносов сформулировал закон сохранения материи и движения в 1748 г. [c.16] Все величины в уравнении (2.1)—удельные, в расчете на единицу массы системы, которая предполагается неизменной и, кроме того, алгебраические, т. е. могут принимать и отрицательные значения. [c.17] Как было ранее сказано, знак работы (в том числе и немеханических видов работы) принимается положительным, если сама система совершает работу для работы изменения объема этот знак совпадает со знаком дифференциала объема йе. Знак изменения внутренней энергии выбирается по общепринятому в математике и физике правилу приращение возрастающей величины положительно. Знак теплоты определяется выбором знаков двух предыдущих величин и первым законом термодинамики, согласно которому подводимая в систему теплота имеет положительный знак. [c.17] Указанное различие между термодинамическими параметрами и функциями процесса можно выразить и по-другому говорят, что ёи, ёу, ёТ, ёр являются полными дифференциалами, в то время как ёд и ё1 таковыми не являются и представляют собой лишь бесконечно малые количества передаваемой системе (или системой в окружающую среду) энергии в форме теплоты или работы. [c.19] НИИ внутренней энергии как термодинамического параметра. [c.20] Внутренняя энергия — не единственный вид энергии, которым может об.ладать термодинамическая система. Рассмотрим небольшой объем жидкости (жидкую частицу), движущейся вместе с окружающим ее потоком. Такая жидкая частица обладает кинетической энергией, равной половине произведения массы частицы на квадрат скорости потока, потенциальной энергией в поле сил тяжести и, наконец, внутренней энергией сумма этих трех энергий есть полная энергия системы. Закон сохранения и превращения энергии можно сформулировать так, что будут учтены все три указанных вида энергии (этот вопрос рассматривается в гл. 7). Из сказанного ясно, что к внутренней энергии относится та часть полной энергии термодинамической системы, которая не связана с движением системы как целого и с положением системы в поле сил тяжести. [c.20] Поскольку термодинамическая система представляет собой совокупность колоссального количества микрочастиц (молекул, атомов и т. п.), внутренняя энергия с точки зрения микроструктуры вещества представляет собой сумму энергий отдельных микрочастиц системы. Например, каждая молекула газа обладает кинетической энергией поступательного, вращательного и колебательного движений (взаимное колебательное движение атомов молекулы связано и с потенциальной энергией) потенциальной энергией межмолекулярного взаимодействия внутриатомной и внутриядерной энергией. Просуммировав все виды энергии для одной молекулы и умножив эту сумму на количество молекул в термодинамической системе, получим внутреннюю энергию этой системы. Разумеется, в рамках термодинамики такого рода расчеты не производятся по причине, указанной в гл. 1 термодинамика — наука феноменологическая и ее основные положения не связаны с микроструктурой тел. [c.20] Несмотря на то, что внутренняя энергия и — параметр состояния, ее нельзя непосредственно измерить. Непосредственное измерение допускают параметры р, и, Т. Связь между ними Р(р, V, Т) = = 0 представляет собой термическое уравнение состояния, индивидуальное для каждого вещества. Вычислить интеграл (2.11), используя термическое уравнение состояния, можно, но для этого необходимо использовать второй закон термодинамики . [c.22] Просто вопрос решается для идеального газа. Опытами (Гей-Люссак, Джоуль) было установлено, что внутренняя энергия идеального газа не зависит от объема (закон Джоуля). Схема опыта изображена на рис. 2.2. Вначале в левом сосуде находится 1 кг газа при умеренном давлении (чтобы газ оставался идеальным) объем сосуда есть, таким образом, удельный объем. В правом сосуде ничего нет (вакуум). На трубке, соединяющей сосуды, открывают вентиль. Газ расширяется в пустоту (в вакуумированный правый сосуд), работа рди при этом равна нулю, ибо противодействующее давление равно нулю. Температура среды в теплоизолированной камере 1, как оказалось, имеет одно и то же значение до опыта и после него это показывает, что обмена теплотой с окружающей сосуды средой нет. Следовательно, по первому закону термодинамики имеем /=0 =0 Ди=0 2 = ь несмотря на то, что объем увеличился практически вдвое. На этом основании интеграл (2.11) для идеального газа равен нулю. [c.22] Вернуться к основной статье