Термодинамическая работа

Работа является одной из форм передачи энергии между системами при их взаимодействии. В механике элементарная работа определяется как произведение проекции силы (F_s) на величину перемещения точки приложения этой силы

, (5)

где ds – элементарное перемещение тела.

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

, (6)

где L – элементарная термодинамическая работа обратимого изменения объема, Дж; – площадь поршня.

Удельная элементарная термодинамическая работа обратимого изменения объема (Дж/кг) определяется соотношением

. (7)

Поскольку термодинамическая работа зависит от пути (вида) процесса, для вычисления интегральных значений полной (), или удельной () работы должны быть заданы уравнения процессов изменения состояния тела в форме, либо его графическое изображение в диаграммах состояния р – V или р – v.

Как следует из соотношений (6), (7), работа определяется площадью под кривой процесса независимо от вида рабочего тела и его свойств (рис. 1). В силу этого координаты р – V и р – v называются универсальными координатами работы.

В частном случае для изобарного процесса (p = idem) интегральные значения полной и удельной термодинамической работы определяются по следующим соотношениям:

L_1,2 = = ; (8)

l_1,2 = = .(9)

Работа расширения считается положительной (, ), а работа сжатия – отрицательной ().

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

. (10)

Необратимые потери термодинамической работы () превращается в теплоту внутреннего теплообмена ().

Потенциальная (техническая) работа

Потенциальной (технической) работой называется работа по перемещению сплошных масс (газа, пара или жидкости) из области одного давления (p₁) в область другого давления (p₂), т.е. потенциальная работа - это работа обратимого изменения давления.

Элементарная потенциальная работа простого тела определяется из соотношения

. (11)

Удельная потенциальная работа в элементарном процессе определяется по формуле

. (12)

Для определения интегральных значений полной () или удельной () работы надо знать уравнение процесса изменения состояния рабочего тела или его графическое изображение в диаграммах состояния р – V или р – v.

Как следует из соотношений (11), (12), работа определяется в координатах р – V площадью между кривой процесса и осью абсцисс независимо от вида рабочего тела и его свойств (рис. 2).

Рис. 2. Потенциальная работа обратимого изменения давления

В частном случае для изохорного процесса (v = idem) интегральные значения полной и удельной потенциальной работы определяются по следующим соотношениям:

;

. (13)

Потенциальная работа считается положительной при снижении давления ()и отрицательной – при повышении давления ().

Потенциальная работа в обратимом процессе () есть сумма эффективной работы и необратимых потерь работы

= + . (14)

Необратимые потери потенциальной работы () превращаются в теплоту внутреннего теплообмена.

Эффективная термодинамическая работа () простого тела в замкнутом пространстве и эффективная потенциальная работа () потока непосредственно передаются внешней системе ( или ) и используются для изменения энергии внешнего положения тела (dE_cz)

= + dE_cz; = + dE_cz. (15)

В условиях механических процессов (dE_cz = G×c_Е×dc_Е+G×g×dz) уравнение распределения термодинамической и потенциальной работ формулируется следующим образом:

; (16)

, (17)

где c_E – скорость движения тела, dz – изменение высоты центра тяжести тела в поле тяготения.

Дата добавления: 2015-05-09