Первый закон термодинамики

В технической термодинамике используются три основные функции состояния: внутренняя энергия, энтальпия и энтропия.

Эти функции зависят только от состояния рабочего тела, их изменение в ходе термодинамического процесса не зависит от хода процесса.

Указанные функции обозначаются соответственно буквами U, u; I, i; S, s. Если функция относится к М кг рабочего тела, то она обозначаетсяпрописной буквой, если к 1 кг – то строчной буквой.

Внутренняя энергия – функция состояния закрытой термодинамической системы, определяемая тем, что ее приращение влюбом процессе, происходящем в этой системе, равно сумме теплоты,сообщенной системе, и работы, совершенной над ней.

Если рабочее тело – идеальный газ, то внутренняя энергия зависит только от температуры.

Для процесса идеального газа изменение внутренней энергии ∆u_1-2 равно:

(1.45)

Приближенная формула ( ):

(1.46)

Условно принимают, что при нормальных условиях (t = 0^oC) внутренняя энергия равна 0, тогда в данном состоянии, характеризуемом температурой t, внутренняя энергия u равна:

(1.47)

Приближенная формула ():

(1.48)

ЭНТАЛЬПИЯ ГАЗОВ

Заменяя в основном уравнении первого закона:

.

Величину pdv через d (pv) – vdp, получаем:

Выражение u+ pv является параметром состояния.

В технической термодинамике этот параметр называют энтальпией и обозначают буквой i. Таким образом,

(1.49)

и, следовательно, основное уравнение первого закона, выраженное через энтальпию, имеет вид:

(1.50)

Для идеальных газов:

Следовательно,

(1.51)

где – средняя массовая теплоемкость при постоянном давлении в пределах от 0 до T.

В теплотехнических расчетах обычно требуется знать изменение энтальпии, а не ее абсолютное значение, поэтому начало отсчета (0К или 0^о С) для конечного результата () не имеет значения.

Интегрируя уравнение (1.50) при P = const, получаем:

(1.52)

Таким образом, количество тепла в процессе Р=const численно можно определить как разность энтальпии конечного и начального состояния.

ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

Первый закон термодинамики устанавливает эквивалентность при взаимных превращениях механической и тепловой энергии и математически может быть выражен следующим образом:

Q=L, (1.53)

где Q – количество тепла, превращенного в работу; L – работа, полученная за счет тепла Q.

Количества тепла Q и работы L измерены в данном случае в соответствии с системой единиц СИ – в одних и тех же единицах – в джоулях. Существуют другие внесистемные единицы измерения соотношение между которыми приведены в табл. 1.4.

Джоуль (Дж) – единица измерения механической работы (энергии) в системе единиц СИ представляет собой работу, совершаемую силой, равной 1 Н, на пути в 1 м, пройденном телом под действием этой силы по направлению, совпадающему с направление силы.

Логическим следствием закона сохранения и превращения энергии является целесообразность измерения всех видов энергии одной и той же единицей. Поэтому за единицу измерения тепловой энергии также принимают джоуль, который представляет собой такое ее количество, которое появляется в результате превращения механической работы 1 Дж в тепло.

Так как за единицу работы принят Дж, то единицей мощности будет являться Дж/сек. Эта единица носит название ватт (Вт). В технике применяют более крупные единицы энергии (работы) и мощности: килоджоуль (кДж), мегаджоуль (МДж), киловатт (кВт), мегаватт (МВт), киловатт-час (кВт·ч).

Таблица 1.4.

Дата добавления: 2017-01-14