КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Термодинамические процессы идеальных газов
К основным процессам, имеющим большое значение, как для теоретических исследований, так и для практических работ в технике, относятся: изохорный, протекающий при постоянном объеме; изобарный, протекающий при постоянном давлении; изотермический,, протекающий при постоянной температуре; адиабатный, протекающий при отсутствии теплообмена с внешней средой. Кроме того, существует группа процессов, являющихся при определенных условиях обобщающими для основных процессов. Эти процессы называются политропными и характеризуются постоянством теплоемкости в процесса. Для всех процессов устанавливается общий метод исследований, который заключается в следующем; выводится уравнение кривой процесса на - и -диаграммах; устанавливается зависимость между основными параметрами рабочего тела в начале и конце процесса; определяется изменение внутренней энергии по формуле, справедливой для всех процессов идеального газа: , или при постоянной теплоемкости: ; вычисляется работа изменения объема газа по основной формуле: ; определяется удельное количество теплоты, участвующее в процессе, по формуле: ; определяется изменение удельной энтальпии в процессе по формуле, справедливой для всех процессов идеального газа: или для постоянной теплоемкости: ; определяется изменение удельной энтропии идеального газа по формулам: . Рассматриваемые процессы считаются обратимыми.
Изохорный процесс Процесс, протекающий при постоянном объеме, называют изохорным (, или ). Кривая процесса называется изохорой. При постоянном объеме давление газа изменяется прямо пропорционально абсолютным температурам: . (1.17.1) Внешняя работа газа при равна нулю, так как . Следовательно, . Удельная располагаемая (полезная) внешняя работа , которая может быть передана внешнему объекту работы, равна: . Если процесс 1-2 осуществляется с увеличением давления, то удельное количество теплоты в нем подводится, при этом увеличиваются внутренняя энергия и температура газа. Если давление в процессе понижается, то удельное количество теплоты отводится, уменьшаются внутренняя энергия и температура газа. Изменение удельной энтропии в обратимом изохорном процессе определяем из уравнения: , Изменение энтропии при постоянной теплоемкости равно . (1.17.2) Как видно из данного уравнения, изохора на – диаграмме представляет собой кривую 1-2 (рис. 1.17.1). Подкасательная к кривой 1–2 в любой ее точке дает значение истинной теплоемкости . Рис. 1.17.1
Изобарный процесс Процесс, протекающий при постоянном давлении, называют изобарным (, или ). Кривая процесса называется изобарой. Это соотношение называется законом Гей-Люссака. Для процесса 1-2 . (1.17.3) В изобарном процессе объемы одного и того же количества газа изменяются прямо пропорционально абсолютным температурам. При расширении газа его температура возрастает, при сжатии – уменьшается. Удельная работа изменения объема при этом выражается следующим уравнением: , (1.17.4) или . (1.17.5) Для обратимого изобарного процесса при постоянной теплоемкости изменение удельной энтропии находится по уравнению: , Но при , поэтому . (1.17.6) В случае изохорного и изобарного процессов в одном интервале температур возрастание энтропии будет больше в изобарном процессе, так как всегда больше . Изотермный процесс Процесс, протекающий при постоянной температуре, называют изотермическим (, или ). Кривая процесса называется изотермой (рис. 18.2). Рис. 1.17.2 и (1.17.7) При постоянной температуре объем газа изменяется обратно пропорционально его давлению (закон Бойля – Мариотта). На – диаграмме изотермный процесс представляет собой равнобокую гиперболу. Зная уравнение изотермного процесса для идеального газа, можно подсчитать работу процесса. . (1.17.8) Удельная располагаемая внешняя работа определяется по формуле: , (1.17.9) т. е. в изотермном процессе идеального газа , или удельная работа изменения объема, располагаемая (полезная) работа и удельное количество теплоты, полученное телом, равны между собой.
откуда и (1.17.10) Удельное количество теплоты, участвующее в изотермическом процессе, равно произведению изменения удельной энтропии на абсолютную температуру :
Адиабатный процесс Процесс, протекающий без подвода и отвода теплоты, т. е. при отсутствии теплообмена рабочего тела с окружающей средой, называют адиабатным. (1.17.11) При адиабатном процессе произведение давления на объем газа в степени есть величина постоянная. Величину называют показателем адиабаты. Рассмотрим зависимость между основными параметрами в адиабатном процессе. Из уравнения адиабаты следует, что и
. Удельная работа изменения объема , совершаемая телом над окружающей средой при равновесном адиабатном процессе, может быть вычислена по уравнению адиабаты . (1.17.12) Из выражения (18.12) могут быть получены следующие формулы: и . Вычислим располагаемую (полезную) внешнюю работу в адиабатном процессе, равную: . Следовательно, (1.17.13) И . Политропные процессы Условились всякий процесс идеального газа, в котором теплоемкость является постоянной величиной, называть политропным процессом, а линию процесса – политропой. Они протекают при постоянной теплоемкости. (1.17.14) (1.17.15) Показатель политропы принимает для каждого процесса определенное числовое значение. Для основных процессов: изохорных , изобарных , изотермических и адиабатных . Поскольку уравнение политропы отличается от уравнения адиабаты только величиной показателя , то, очевидно, все соотношения между основными параметрами могут быть представлены формулами, аналогичными адиабатному процессу:
Уравнение удельной работы изменения объема, совершаемой телом при политропном процессе, имеет аналогичный вид с уравнением работы в адиабатном процессе, т. е. (1.17.16) Для конечного изменения состояния . (1.17.17)
Дата добавления: 2014-01-06; Просмотров: 671; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |