Техническая термодинамика

1. Техническая термодинамика Установочная лекция для студентов заочного факультета специальности 280102 Подготовлена доцентом кафедры ГДУ, к.ф.-м.н Ивания С.П.

2. Структура раздела Модуль 2. Связь характеристик термодинамической системы (Первый закон термодинамики) Модуль 1. Обоснование принципа работы теплового двигателя(основные понятия и определения) Термодинамическая система (обобщающее понятие) Термодинамический процесс (переход из одного состояния в другое) Внутренняя энергия Теплота и работа Энтальпия Направленность самопроизвольных термодинамических процессов, возможности преобразования теплоты в работу (Второй закон термодинамики) Простейшие модели Идеальный газ Смеси идеальных газов Изопроцессы идеального газа Параметры состояния cистемы (P,V, T, m) Изменение характеристик термодинамической системы в результате процесса (исследование термодинамических процессов) Максимально возможный к.п.д. теплового двигателя (цикл Карно, энтропия) Связь между параметрами (уравнение состояния идеального газа)

3. Объект изучения Газ – рабочее тело –подпоршнем в цилиндретеплового двигателя На языке термодинамики это –термодинамическая система Термодинамическая система 3

4. Основные понятия и определения Термодинамика – наука о наиболее общих свойствах макроскопических физических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, о процессах перехода между этими состояниями Термодинамическая система

5. Основные понятия и определения Термодинамическое равновесие– состояние термодинамической системы, в которое она приходит самопроизвольно через достаточно большой промежуток времени в условиях изоляции от внешней среды Термодинамическая система

6. Простейшие модели термодинамических систем Идеальный газ – теоретическая модель газа:молекулы – материальные точки, обладающие только кинетической энергией Смеси идеальных газов – воздух, горючие смесии т.п. Свойства реальных газов при высоких температурах и низких концентрациях близки к свойствам идеального газа Термодинамическая система

7. Параметры состояния системы Физические величины, которыми характеризуется равновесное состояние, называются параметрами состояния системы абсолютнаятемператураТ [К] объемV [м3]; удельный объем v = V/m [м3/кг] абсолютное давлениеР [Па];1 Па = 1Н/м2 Т, K = t,0C+ 273,15 Термодинамическая система

8. Нормальные условия температура Тн = 0 0С = 273,15 К атмосферное давление Рн = 760 мм рт.ст = 101,3 кПа Термодинамическая система

9. Абсолютное давление Р=Ри+Ра – абсолютное давление Ра– атмосферное давление Ри – избыточное давление (выше атмосферного) Р=Ра-Рв – абсолютное давление Рв – давление, измеренное вакуумметром (недостаток до атмосферного) Термодинамическая система

10. Смеси идеальных газов Cпособы задания состава смеси: массовый и объемный Массовый состав: mсм = ∑mi Массовая доля газовой компоненты: gi = mi/mсм ; ∑gi= 1 Парциальное давление Рi – давление, которое оказывалабы i-тая компонента газа, если бы она одна занималавесьобъем смеси при температуре Т = Тсм Закон Дальтона: Рсм = ∑Рi Термодинамическая система

11. Смеси идеальных газов Объемный состав:Vсм = ∑Vi Парциальный объемVi– это объем, который имела бы i-тая компонента смеси придавлении Р = Рсмитемпературе Т = Тсм ri= Vi /Vсм – объемная доля смеси; ∑ri = 1 Молекулярная масса смеси: μсм = ∑μi·ri Связь между массовой и объемной долямисмеси:gi =ri·μi /μсм Термодинамическая система 11

12. Уравнение состояния идеального газа Термодинамическая система Три параметра состояния – P, V, T – не являются независимыми Они связаны соотношением, которое называется уравнением состояния идеального газа Два вида уравнения состоянияв термодинамике: PV = mRT (1) M– масса газа R – газовая постоянная данного газа, [Дж/(кг К)] Техническая термодинамика

13. Уравнениесостояния идеального газа Термодинамическая система Другой вид уравнения состояния: PV = nµR0T (2) nµ–количество молей вещества nµ=m/ μ μ – молекулярная масса данного газа R0– универсальная газовая постоянная R0 = 8,314 [Дж/(моль К)] Связь между газовыми постоянными R и R0: R= R0/μ Техническая термодинамика 13

14. Уравнениесостояния идеального газа Термодинамическая система Связь с молекулярно-кинетической теорией: P=nkT (3) – еще один вид уравнения состояния n=N/V – концентрация молекул в объеме N – общее количество молекул газа k=R0/ NA – постоянная Больцмана NA – количество молекул в одном моле –число Авогадро; nµ=N/ NA NA=6,02•1023[моль-1] k=1,38 •10-23[Дж/K] 14

15. Термодинамический процесс Термодинамический процесс Термодинамический процесс – переход системы из одного состояния в другое в результате изменения внешних условий (сообщения системе теплоты или совершения над системой работы)

16. Термодинамическийпроцесс Термодинамический процесс Термодинамический процесс называется равновесным, если в любой его точке состояние термодинамической системы можно считать равновесным Термодинамический процесс можно изобразить графически в системах координат P-V, P-Т или V-Т, называемых P-V, P-Т или V-Т-диаграммами

17. Основные изопроцессы идеального газа • Изохорный – V=const • Изобарный – P=const • Изотермический – T=const • Адиабатный – dQ=0 Термодинамический процесс

18. Графическое изображение процессов Изохорный Термодинамический процесс (gannalv.narod.ru)

19. Графическое изображение процессов (gannalv.narod.ru) Термодинамический процесс Изобарный 19

20. Графическое изображение процессов Термодинамический процесс (gannalv.narod.ru) Изотермический 20

21. Графическое изображение процессов (www.fos.ru) Термодинамический процесс Адиабатный в сравнении с изотермическим 21