Главная страница
Навигация по странице:

  • Термодинамической системой

  • Материя

  • Удельной теплотой

  • Удельной работой

  • Энергоизолированной

  • 1.2. Параметры состояния системы и уравнение состояния

  • 1.3. Уравнение состояния идеального газа

  • 1.3.1. Уравнение состояния идеального газа а) для одного кг газа , (1.1)где – газовая постоянная, не зависящая от параметров состояния

  • Атомная единица массы

  • Молярная масса

  • 1.3.2. Уравнения состояния реальных газов

  • Лекция Термодинамическая система и ее состояние Основные понятия и определения Термодинамической системой


    Скачать 4.04 Mb.
    НазваниеЛекция Термодинамическая система и ее состояние Основные понятия и определения Термодинамической системой
    АнкорTermodinamika_konspekt_Lektsy_Ch1.docx
    Дата13.04.2017
    Размер4.04 Mb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаTermodinamika_konspekt_Lektsy_Ch1.docx
    ТипЛекция
    #834
    страница1 из 9
      1   2   3   4   5   6   7   8   9


    Лекция 1. Термодинамическая система и ее состояние
    1.1. Основные понятия и определения
    Термодинамической системой называется совокупность тел в некоторой области пространства, подлежащих термодинамическому исследованию. В предельном случае система состоит из одного тела.

    Система отделена от окружающей среды реальной или воображаемой поверхностью.

    Материя – это все, что нас окружает.

    Энергия – это мера движения материи. Единицей измерения энергии является джоуль (Дж).

    Между телами и окружающей средой передача энергии происходит в виде теплоты и работы.

    Теплота – это форма передачи энергии путем теплообмена. Количество теплоты в термодинамике обозначается символом Q. Единицей теплоты (как и единицей энергии) является джоуль (Дж).

    Удельной теплотой называется теплота, отнесенная к 1 кг массы тела и обозначается символом q. Её размерность Дж/кг.

    Работа – это форма передачи энергии путем механического взаимодействия между телами. Количество работы в термодинамике обозначается символом L. Единицей работы также является джоуль (Дж).

    Удельной работой называется работа, отнесенная к 1 кг массы тела. Она обозначается символом l, её размерность также Дж/кг.

    Теплообмен – это форма передачи энергии, связанная не с работой, а с непосредственным взаимодействием между микрочастицами (теплопроводность или конвекция) или с распространением электромагнитных волн (тепловое излучение).

    Рабочим телом называется тело, путем воздействия на которое происходит взаимопревращение теплоты и работы.

    В авиационных двигателях рабочим телом является воздух или смесь воздуха с продуктами сгорания топлива.

    Энергоизолированной термодинамической системой является система, которая не обменивается энергией с окружающей средой.

    Теплоизолированной (адиабатной) термодинамической системой является система, которая обменивается с окружающей средой только работой.

    Гомогенной называется система, химический состав и физические свойства во всех её частях одинаковы или меняются непрерывно без скачков. В противном случае система является гетерогенной.

    Системы могут быть открытыми и закрытыми. Закрытая система – это система в которой состав вещества не меняется (рис. 1.1а). Стенки и поршень

    являются реальной границей системы.



    а) б)
    Рис. 1.1. Примеры термодинамических систем

    а) – открытая термодинамическая система

    б) – закрытая термодинамическая система

    Открытая система – это система, в которой состав вещества меняется (рис. 1.1б). Здесь сечения 1-1 и 2-2 – участки воображаемой поверхности, т.е. воображаемые границы термодинамической системы. В газотурбинных двигателях устройством А может быть компрессор, камера сгорания, турбина и т.д.

    Равновесным состоянием системы называется такое состояние системы, если после изоляции её от окружающей среды её состояние не меняется. Тогда в каждой её точке термодинамические параметры (температура, давление, плотность и т.д.) не изменяются во времени и не происходит переноса энергии из одной части системы в другую.
    1.2. Параметры состояния системы и уравнение состояния
    Параметрами состояния термодинамической системы называются следующие физические величины:

    • температура T(К);

    • давление p (Па);

    • плотность ρ(кг/м3) , т.е. масса единицы объема вещества;

    • удельный объем (м3/кг), т.е. объем единицы массы вещества, и другие параметры.

    Установлено, что задание двух параметров состояния однозначно характеризует состояние термодинамической системы. Значит, три параметра состояния системы однозначно связаны между собой уравнением состояния, которое в общем виде записывается следующим образом

    Оно применимо лишь к телам, находящимся в равновесном состоянии, т.е. имеющим одинаковую температуру и давление во всем объеме.
    1.3. Уравнение состояния идеального газа
    Идеальным называется газ, в котором:

    • собственный объем молекул пренебрежимо мал по сравнению с

    объемом, который занимает газ;

    • отсутствуют силы межмолекулярного взаимодействия.

    Реальные газы приближаются к идеальным газам, когда расстояние между молекулами становится большим, т.е. при увеличении удельного объема. Это наблюдается, когда давление стремится к нолю (), тогда удельный объем стремится к бесконечности ().
    1.3.1. Уравнение состояния идеального газа
    а) для одного кг газа , (1.1)

    где – газовая постоянная, не зависящая от параметров состояния (T, p, ) и являющаяся индивидуальной для каждого газа. Для воздуха

    .

    б) для М кг газа , (1.2)

    где - объем, занимаемый М кг газа.

    в) для одного моля с молекулярной массой М = μ

    , или , (1.3)

    где , а .

    Моль – этоколичество вещества, которое содержит столько же атомов или молекул, сколько атомов содержится в 12-ти граммах углерода-12 (одного из изотопов углерода).

    Это число называется числом Авогадро и приближенно равно 6,022∙1023 частиц на моль.

    Атомная единица массы – это 1/12 массы атома углерода-12.

    Атомная масса – этовеличина, равная отношению массы данного атома к атомной единице массы.

    Атомные массы природных химических элементов указываются в таблице периодической системы элементов Д.И. Менделеева.

    Молекулярная масса – это отношение массы молекулы данного вещества также к атомной единице массы.

    Молекулярная масса практически равна сумме атомных масс всех атомов, входящих в состав молекулы.

    Молярная масса – этомасса одного моляданного вещества независимо от того, состоит оно из одинаковых молекул или включает в себя различные молекулы (как, например, воздух).

    Для химически чистых веществ (О2, N2, СО2 и т.д.) молярная масса численно равна их молекулярной массе.

    Установлено, что разные газы при одинаковых р и Т имеют равные объемы одного моля . Например, при р = 101325 Па и Т = 273,15 К

    . Один киломоль (кмоль) равен 1000 молей.

    Так как одинаков для всех газов, то из (1.3) следует, что не зависит от рода газа и является одинаковой для всех газов. Она называется универсальной газовой постоянной. Величину можно определить, если в (1.3) подставить указанные выше значения р, Т и :

    .

    Если известна молекулярная масса какого-либо газа, то его газовая постоянная . Так для воздуха , тогда

    Уравнение состояния идеального газа с достаточной точностью может применяться для определения параметров реальных газов в ГТД, в термодинамических процессах, в задачах аэродинамики и т.д.
    1.3.2. Уравнения состояния реальных газов
    При уменьшении удельного объема газа υ, т.е. при увеличении р и уменьшении Т свойства реальных газов начинают отличаться от свойств идеального газа. Это связано с уменьшением расстояния между молекулами, из-за чего увеличивается взаимодействие между ними и сказывается объем молекул. Поэтому использование в расчетах модели идеального газа в этом случае приводит к погрешностям.

    Для учета свойств реального газа был предложен ряд уравнений реального газа. Одно из первых уравнений предложил Ван-дер-Ваальс в следующем виде )(-b)=RT,

    где а и b – постоянные коэффициенты, разные для каждого газа. Поправка учитывает силы межмолекулярного взаимодействия (внутреннее давление). Как видно, эта поправка возрастает при уменьшении удельного объема . Поправка b учитывает объем, занимаемый молекулами.

    Уравнение Ван-дер-Ваальса качественно хорошо описывает изменение свойств реальных газов при изменении р и Т, но является приближенным.

    Для количественных расчетов используют уравнение состояния в виде

    ,

    где - коэффициент сжимаемости, зависящий от р и Т и определяемый по опытным данным. Здесь – приведенное давление, – приведенная температура, а и – критические значения давления и температуры данного вещества (см. ниже).

      1   2   3   4   5   6   7   8   9
    написать администратору сайта