ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Работа изменения объема из "Техническая термодинамика и теплопередача " Рассмотрим тело массой т и объемом V, изображенное в проекции на рис. 3.2. На поверхность тела извне действует равномерно распределенное нормальное давление р. Определим работу L внешних сил. Положим, что объем тела увеличился и стал равным V -dV (пунктирный контур). Выделим элементарную площадку dA на поверхности тела. Вследствие расширения тела эта площадка переместится на величину dx. Внешняя сила, действующая на эту площадку, равна р dA и по условию нормальна к площадке. Элементарная работа этой силы на перемещении dx равна — р dA dx. [c.25] Давление р вынесено за знак суммы, так как по условию оно принято одинаковым по всей поверхности. Считая процесс равновесным, заменим внешние силы внутренними силами упругости р = — р. [c.25] Иначе говоря, должно быть известно уравнение процесса. [c.26] Из формулы (3.11) следует, что при dv 0, т. е. в случае расширения, иб/ 0. Положительный знак работы показывает, что в процессе расширения внутренние силы производят работу против внешних, т. е. рабочее тело совершает работу, отдавая энергию в механической форме окружающей среде. Если dv .0, то и б/ 0, т. е. механическая работа подводится извне. [c.26] Как указывалось, состояние рабочего тела однозначно определяется заданием каких-нибудь двух параметров состояния, например р и и. Поэтому в координатной системе pv каждой точке соответствует некоторое равновесное состояние и каждому равновесному состоянию рабочего тела отвечает одна определенная точка на плоскости pv. Всякая кривая, проведенная на плоскости pv, изображает термодинамический процесс. Температуру рабочего тела на этой диаграмме непосредственно определить нельзя. Она может быть вычислена по значениям р и о с помощью уравнения состояния. [c.27] Проследим по рис. 3.3 обратный процесс, начинающийся в точке 2, протекающий по линии 2-а-1 и заканчивающийся в точке / он будет представлять собой процесс сжатия, и удельная работа процесса, изображаемая той же (заштрихованной на рисунке) площадью, будет иметь отрицательный знак. При этом происходит подвод энергии к рабочему телу извне. [c.28] На рис. 3.4 изображен процесс изменения состояния вещества 1-2 для открытой системы (потока) на диаграмме pv. Пусть при удельном объеме v происходит бесконечно малое изменение состояния рабочего тела, при котором давление изменяется на dp. Элементарная площадка, заштрихованная на диаграмме, графически изображает элементарную удельную работу открытой системы в соответствии с выражением д) (3.7). [c.28] В заключение следует еще раз обратить внимание на то очевидное положение, что работа как форма передачи энергии может проявляться только при изменении состояния тела, т. е. в процёссе. [c.29] Получаемую термодинамическую работу часто называют абсолютной или полной работой. Такая работа могла быть получена только Б том случае, если бы с внешней стороны был установлен полный вакуум (рд = 0). Но в некоторых случаях оказывается необходимым знать ту часть термодинамической работы, которая может быть полезно использована в реальных условиях действия машины. В этом случае часть работы расширения затрачивается на преодоление сопротивления окружающей среды давлением р на pv - диаграмме (рис. 3.3) она выражается площадью прямоугольника, высота которого равна Рд. Остальная часть площади изображает полезную работу. Полезная работа расширения изображается, следовательно, площадью между кривой процесса и линией давления окружающей среды Ро. [c.29] Таким образом, энергия теплового движения в общем случае складывается из кинетической энергии поступательного движения молекул, кинетической энергии вращательного движения молекул и энергии внутримолекулярных колебаний атомов. [c.30] Все эти составляющие внутренней энергии, как будет показано в дальнейшем (см. 4.5), определяются только термодинамической температурой. [c.30] Из курса физики известно, что силы взаимодействия между молекулами идеального газа равны нулю. Следовательно, внутренняя энергия идеального газа представляет собой энергию теплового движения молекул и од1Юзнач1 о определяется термодинамической температурой Т. [c.30] Напомним, что идеальным называют газ, равновесное состояние которого описывается уравнением Клапейрона 2.2) pv = RT. Для сохранения равенства в этом уравнении должно соблюдаться условие при р- оо должно и- 0 и, поскольку удельная газовая постоянная / —величина постоянная, из приведенного определения следует, что идеальным называют газ, молекулы которого представляют собой материальные точки, лишенные объема, а силы взаимодействия (притяжения, отталкивания) между молекулами равны нулю. [c.30] Для-реальных газов, т. е. газов, близких к началу конденсации, и для конденсированных веществ (жидкостей, твердых тел) существенное значение приобретает потенциальная эиергия взаимодействия между молекулами, обусловленная действием присущих им электрических зарядов. Следовательно, для реальных газов помимо энергии теплового движения молекул должна быть учтена еще четвертая составляющая — поте1Щиальная энергия взаимодействия молекул, зависящая от расстояния между молекулами и от их взаимного расположения. Значение этой составляющей внутренней энергии зависит от удельного объема. [c.30] Нулевая энергия представляет все те составляющие внутренней энергии, которые не изменяются при изменении термодинамического состояния тела, т. е. химическую, внутриатомную, внутриядерную. Нулевую энергию в термодинамике условно принимают равной нули . [c.30] Поскольку du = u + u0, удельную внутреннюю энергию можно определять только с точностью до постоянной, равной Ug. При изучении термодинамических процессов определяют изменение удельной внутренней энергии Аи = 2 — 1, вызванное изменением состояния рабочего тела. При необходимости вычисления и в данном состоянии начало отсчета принимают произвольно для состояния, в котором U(i = О, руководствуясь лишь соображениями удобства применения значений и. [c.31] Определение функции вида (3.16) для того или иного рабочего тела возможно, вообще говоря, только на основе экспериментального материала. Для некоторых простейших случаев искомая функция может быть получена на основе соображений о молекулярной структуре газа, как это будет показано ниже (см. 4.5). [c.32] В технической термодинамике и в прикладной теплотехнике широко применяют физическую величину, получившую название энтальпии и обозначаемую буквой I, и удельную энтальпию, обозначаемую буквой I. В 3.2 было установлено, что энтальпия есть полная энергия рабочего тела в потоке, зависящая от термодинамического состояния тела и представляющая собой сумму внутренней энергии и потенциальной энергии pV, т. е. [c.32] Единицей энтальпии в СИ является джоуль (Дж), удельной энтальпии — джоуль на килограмм (Дж/кг). [c.32] При выражении / в Дж, п в моль, i в Дж/кг и -М в кг/моль молярная энтальпия выразится в Дж/моль. [c.32] Вернуться к основной статье