Первый закон термодинамики

РАБОТА РАСШИРЕНИЯ И ТЕХНИЧЕСКАЯ РАБОТА

Подключение счетчика через трансформаторы тока. Вывод

У любого практически счетчика на крышке от клеммных зажимов изображена схема его подключения с маркировкой и нумерацией выводов. А также имеется паспорт, где все подробно описано.

Вводится понятие «работа газа», рассматриваются особенности работы газа при изохорном, изобарном, изотермическом и адиабатном процессах.

Внутренняя энергия тела может изменяться, если действующие на него внешние силы совершают работу (положительную или отрицательную). Например, если газ подвергается сжатию в цилиндре под поршнем, то внешние силы совершают над газом некоторую положительную работу A'. В то же время силы давления, действующие со стороны газа на поршень, совершают работу A = – A'. Если объем газа изменился на малую величину Δ V, то газ совершает работу pS Δ x = p Δ V, где p – давление газа, S – площадь поршня, Δ x – его перемещение.

При расширении работа, совершаемая газом, положительна, при сжатии – отрицательна. В общем случае при переходе из некоторого начального состояния (1) в конечное состояние (2) работа газа выражается формулой:

или в пределе при Δ V_i → 0:

В изохорном процессе (V = const) газ работы не совершает, A = 0.

В изобарном процессе (p = const) работа, совершаемая газом, выражается соотношением:

A = p (V ₂ – V ₁) = p Δ V.

В изотермическом процессе температура газа не изменяется, следовательно, не изменяется и внутренняя энергия газа, Δ U = 0.

Первый закон термодинамики для изотермического процесса выражается соотношением Q = A.

Количество теплоты Q, полученной газом в процессе изотермического расширения, превращается в работу над внешними телами. При изотермическом сжатии работа внешних сил, произведенная над газом, превращается в тепло, которое передается окружающим телам.

Наряду с изохорным, изобарным и изотермическим процессами в термодинамике часто рассматриваются процессы, протекающие в отсутствие теплообмена с окружающими телами. Сосуды с теплонепроницаемыми стенками называются адиабатическими оболочками, а процессы расширения или сжатия газа в таких сосудах называются адиабатическими.

Работа газа в адиабатическом процессе выражается через температуры T ₁ и T ₂ начального и конечного состояний:

A = C_V (T ₂ – T ₁).

Техническая работа

Если теплота сообщается движущемуся в пространстве телу, например потоку газа или пара, текущему по каналы произвольной формы, то получаемая при этом внешняя работа, кроме работы расширения, включает еще и другие виды механической энергии.

к, если 1 кг газа или пара движется (рис.) от сечения 1 - 1 к сечению 2 – 2 со скоростью, изменяющейся от с₁ до с₂, то в этом случае наблюдается изменение кинетической энергии от l₁ = c₁²/2 до l₂ = c₂²/2. Кроме того, подходя к сечению 1 – 1 (или покидая сечение 2 – 2), каждый элемент объема вытесняет равный ему объем вещества, т.е. совершает так называемую работу проталкивания.

Рис. Внешняя работа движущегося газа (а) и графическое изображение технической работы на p - v диаграмме (б)

По аналогии с работой расширения можно получить, что теплота, подводимая к движущемуся телу (пару или газу),

dq = du + dl_пр + dl_кин,

где du – изменение внутренней энергии; dl_пр – изменение работы проталкивания; dl_кин – изменение кинетической энергии.

Уравнение является аналитическим выражением первого закона термодинамики для потока газа.

Изменение кинетической энергии потока называют его технической работой l_техн = Δl_кин. Из уравнения первого закона термодинамики после ряда замен и преобразований получаем

dl_кин = - υdp

(знак минус указывает на уменьшение объема при росте значений давления).

В итоге полная техническая работа, совершаемая в процессе 1 – 2,

Определяется как площадь, ограниченная линией процесса 1 – 2 и осью р (напоминаем, что величина l_р – определялась как площадь, ограниченная линией процесса и осью υ).

Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии для тепловых процессов) определяет количественное соотношение между изменением внутренней энергии системы дельта U, количеством теплоты Q, подведенным к ней, и суммарной работой внешних сил A, действующих на систему.

Первый закон термодинамики - Изменение внутренней энергии системы при ее переходе из одного состояния в другое равно сумме количества теплоты, подведенного к системе извне, и работы внешних сил, действующих на нее:

Первый закон термодинамики - количество теплоты, подведенное к системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами:

Дата добавления: 2015-05-09