Лекции по "Физике"

I. ОСНОВНЫЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА

I.I. Методика исследования термодинамических процессов

При  изучении термодинамических процессов идеальных газов должны быть решены задачи:

первая - сводится к определению уравнения процесса устанавливающего закономерность изменения состояния рабочего тела в процессе;

вторая - выявлению возможности преобразования подведенной к рабочему телу теплоты между изменением внутренней энергии и работой, совершаемой рабочим телом.

     Основой решения первой задачи является уравнение первого закона термодинамики, записанное согласно условий, присущих рассматриваемому процессу; и уравнение состояния идеального газа.
Решение этих уравнений дает возможность получать соотношения различных параметров газа в виде  Ρ=ƒ(υ) и S=ƒ(T). Вторая задача решается определением  изменения  внутренней энергии и работы.  Изменение внутренней энергии для всех процессов определяется одинаково: du=[pic 1], если известна теплоемкость [pic 2]. Внешняя работа и располагаемая работа  L  и  определяются как: [pic 3] и  [pic 4][pic 5]

Определив эти величины, по уравнению первого закона термодинамики, определяют количество подведенной или отведенной теплоты. Характер преобразования  теплоты в термодинамическом  процессе удобно изображать в виде  схемы, включающей три  составные части уравнения первого закона термодинамики  (рис.1).[pic 6]

Стрелками, связывающие эти три  составные  части, показаны лишь направление преобразования  энергии. Они не затрагивают  количественной стороны.

В общем случае  в термодинамических  процессах два параметра их трех могут изменяться  произвольно. Однако изучение работы теплотехнических устройств показывает, что наибольший  интерес для  практики   представляют следующие  процессы изохорический, изобарический, изотермический, адиабатический и  политропный.

      Последний процесс при  определенных  условиях может  рассматриваться в качестве обобщающего по отношению ко всем предыдущим  термодинамическим процессам.

1.2 И30Х0РНЫЙ ПРОЦЕСС.

     Изохорный  процесс происходит  при  нагревании  или  охлаждении  газа в постоянном объеме. Подобный процесс может совершаться  рабочим  телом в резервуаре постоянного объема.

     Уравнение изохорного процесса   υ=const. Соотношение между  параметрами  состояния  в процессе в соответствии с законом Шарля я идеальных газов будет

[pic 7]

Работа газа при  dυ=0   не совершается, т.е.

[pic 8]

В PV – координатах  изохорный процесс изображают отрезком прямой параллельной оси ординат (рис.2). При  нагревании газа   q•0 его давление и температура повышаются, а при охлаждении  q•0 – уменьшается.

[pic 9]

    P           2                           [pic 10][pic 11]

        q•0[pic 12]

                 1

        q•0[pic 13]

                 2            

[pic 14]

                                   V

Рис. 2 PV - диаграмма изохорного процесса

Так как  L=0, то подводимая к газу теплота  [pic 15] идет на изменение его внутренней энергии. Поэтому в изохорном процессе с подводом теплоты внутренняя энергия газа и его температура повышаются, а с её отводом снижаются.

Принимая  теплоемкость газа не зависящей от температуры,  теплота изохорного процесса

[pic 16]

Если теплоемкость в процессе переменная, то

[pic 17]

Для произвольного количества массы или объема газа

[pic 18][pic 19]

где  [pic 20] - соответственно средняя массовая и объемная теплоемкость;