Теплоемкость газа

Первый закон термодинамики.

Первый закон термодинамики является основой термодинамической теории и имеет огромное прикладное значение при исследовании термодинамических процессов. Этот закон является законом сохранения и превращения энергии:
¦ "Энергия не исчезает и не возникает вновь, она лишь переходит
¦ из одного вида в другой в различных физических процессах".
Для термодинамических процессов закон устанавливает взаимосвязь между теплотой, работой и изменением внутренней энергии т/д системы:
¦ "Теплота, подведенная к системе, расходутся на изменение энергии ¦ системы и совершение работы".
Уравнение первого закона термодинамики имеет следующий вид:

Q = (U₂ – U₁) + L, (2.1)

где Q - количества теплоты подведенная (отведенная) к системе;
L - работа, совершенная системой (над системой);
(U₂ – U₁) - изменение внутренней энергии в данном процессе.
Если:
Q > 0 – теплота подводится к системе;
Q < 0 – теплота отводится от системы;
L > 0 –работа совершается системой;
L < 0 – работа совершается над системой.
Для единицы массы вещества уравнение первого закона термодинамики имеет вид:

q = Q /m = (u₂ – u₁) + l. (2.2)

В дальнейшем все формулы и уравнения будут даны в основном для единицы массы вещества.

1-й закон т/д указывает, что для получения полезной работы (L) в непрерывно действующем тепловом двигателе надо подводить (затрачивать) теплоту (Q).
¦ "Двигатель, постоянно прозводящий работу и не потребляющий ¦ никакой энергии называется вечным двигателем I рода."
Из этого можно высказать следующее определение 1-го закона термодинамики:
¦ " Вечный двигатель первого рода невозможен".

Истинная теплоемкость рабочего тела определяется отношением количества подведенной (отведенной) к рабочему телу теплоты в данном т/д процессе к вызванному этим изменениям температуры тела.

С = dQ / dT, [Дж /К]; (2.3)

Теплоемкость зависит от внешних условий или характера процесса, при котором происходит подвот или отвод теплоты.
Различают следующие удельные теплоемкости:

массовую – с = С / m, [Дж/кг]; (2.4)
молярную - с_μ = С / ν, [Дж/моль], (2.5)

где ν - количества вещества [моль];
объемную - с^/ = С / V = с·ρ, [Дж/м³], (2.6)

где - ρ = m / V - плотность вещества.
Связь между этими теплоемкостями:

с = с^/ · υ = с_μ / μ,

где - υ = V/m - удельный объем вещества, [м³/кг];
μ = m /ν – молярная (молекулярная) масса, [кг/моль].
Теплоемкость газов в большой степени зависит от тех условий, при которых происходит процесс их нагревания или охлаждения. Различают теплоемкости при постоянном давлении (изобарный) и при постоянном объеме (изохорный).
Таким образом различают следующие удельные теплоемкости:
с_р, с_v – массовые изобарные и изохорные теплоемкости;
с_pμ, с_vμ – молярные изобарные и изохорные теплоемкости;
с^/_p, с^/_v – объемные изобарные и изохорные теплоемкости.
Между изобарными и изохорными теплоемкостями существует следующая зависимость:

с_р - с_v = R - уравнение Майера; (2.7)
с_pμ - с_vμ = R_μ. (2.8)

Теплоемкость зависит от температуры, которые даются в справочных литературах в виде таблицы как средние теплоемкости в интервале температур от 0 до t_х. Для определения средней теплоемкости в интервале температур от t₁ до t₂ можно использовать следующую формулу:

с|^t2_t1 = (с|^t2₀ t₂ - с|^t1₀ t₁) / (t₂ - t₁). (2.9)

Дата добавления: 2014-01-04