рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Основные понятия термодинамики. Предмет термодинамики. Основные параметры состояния термодинамической системы

Основные понятия термодинамики. Предмет термодинамики. Основные параметры состояния термодинамической системы - Конспект Лекций, раздел Философия,   ...

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования   «РОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ИНСТИТУТ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ» Филиал ГОУ ВПО «РосЗИТЛП» в г. Омске Кафедра Общетехнических наук УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой _________________________ "______" ___________2008 г.     ТЕПЛОТЕХНика Конспект лекций
Дисциплина по учебному плану направления подготовки: 260901 «Технология швейных изделий», 260902 «Конструирование швейных изделий»
  Уровень подготовки: специалист, бакалавр
  Форма обучения заочная

 

 

Омск

СОДЕРЖАНИЕ

Основные понятия термодинамики.. 2

Предмет термодинамики. 2

Историческая справка. 3

Основные параметры состояния термодинамической системы.. 5

Законы идеального газа. 7

Законы термодинамики. 11

Удельная теплоемкость газов. 19

Применение законов термодинамики к тепловым машинам 27

Второй закон термодинамики. 27

Третий закон термодинамики. 40

Характеристики водяного пара. 41

Тепловые циклы.. 43

Основные понятия термодинамики

 

Предмет термодинамики

Техническая термодинамика изучает законы взаимного превращения тепловой и механической видов энергии. «therme» – теплота и «dynamicos» – сила.

В дальнейшем область применения термодинамики расширилась. Появилась термодинамика химических и фазовых превращений, термодинамика электрических и магнитных явлений, термодинамика излучения.

Термодинамика – наука о методах исследования наиболее общих макроскопических свойств материальных тел, проявляющихся в процессах преобразования одного вида движения материи в другой.

 

Историческая справка

В 1824 г. французский инженер Сади Карно опубликовал первую работу по теории тепловых машин «Размышления о движущей силе огня». Экспериментальные работы Джоуля (1843 г.) и теоретические работы Р.Майера… В 1848 г. Гельмгольц разработал термодинамическую теорию гальванического элемента.

Основные параметры состояния термодинамической системы

Параметры состояния – это макроскопические признаки, характеризующие такую систему и ее отношение к окружающим телам. Это, прежде всего температура, давлениеиобъем.

Температура является параметром, который существует только у термодинамически равновесных систем. Для систем, близких к равновесию, температура может приниматься только как приближенное понятие, а для неравновесных систем понятие температуры вообще лишено смысла.

В системе СИ температура измеряется в Кельвинах [K] и обозначается Т. Однако, в термодинамики часто пользуются внесистемной единицей температуры – градус по шкале Цельсия [0C]. В этом случае температуру обозначают буквой t. Связь между этими двумя единицами измерения:

T = t + 273,16 ≈ t + 273.

Давление – характеризует величину силы, действующей на единицу площади поверхности, на границе с термодинамической системой:

где F – сила, S – площадь.

Единицей давления в системе СИ является Паскаль .

Иногда давление измеряют в барах или атмосферах – 1 бар = 1 атм. = 1,033∙105 Па ≈ 105 Па. Реже используется миллиметр ртутного столба (мм рт. ст. или тор.) 760 мм рт. ст. ≈ 105 Па.

Объемобозначается буквой V и измеряется в м3. Внесистемная единица измерения объема – литр (1 литр = 10-3 м3). Часто удобнее пользоваться объемом единицы массы вещества. Этот параметр называется удельный объем, обозначается буквой v и измеряется в м3/кг. Величина, обратная удельному объему, представляет собой плотность вещества:

Энергия термодинамической системы

E = U + Eмех. Механическая энергия, в свою очередь, состоит из энергии кинетической и… E = U + Eк + Eп.

Законы идеального газа

Уравнения состояния

Эту зависимость в общем виде можно записать так: F (p, V, T) = 0, где каждая из переменных является функцией двух других.

Уравнение состояния идеального газа

Уравнение состояния (уравнение Менделеева – Клапейрона) для такого газа имеет вид: , (4) где m – масса газа, μ – его молярная масса, R – универсальная газовая постоянная (R= 8,314 Дж/моль град.).

Законы термодинамики

Количество теплоты, подводимой к термодинамической системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на работу по изменению объема… Q = ∆U + L (12) Работапо изменению объема газа.

Первый закон термодинамики в дифференциальной форме

В термодинамике часто используется дифференциальная форма записи первого закона термодинамики:

δQ = dU + δL (13)

Работа, совершаемая на элементарном участке изменения объема dV, называется элементарной работой. Ее обозначение δL в выражении (13) означает, что элементарная работа не является полным дифференциалом какой-либо термодинамической функции. Чтобы пояснить смысл этого утверждения, рассмотрим коротко понятие «полного дифференциала».

Условие полного дифференциала

(14) Следовательно, для того чтобы выражение

Внутренняя энергия как функция состояния

Внутренняя энергия обладает полным дифференциалом, а следовательно является однозначной функцией состояния. Этот постулат подтверждают следующие рассуждения.

Предположим, что одному и тому же состоянию системы соответствует два различных значения внутренней энергии U1 и U2. Это значит, что часть энергии можно отнять у системы и при этом никаких изменений в системе не произойдет. Мы получим источник энергии, позволяющий построить вечный двигатель первого рода. Но это противоречит первому закону термодинамики, следовательно, сама предпосылка неверна.

Количество теплоты

Как видно из выражения (13), количество теплоты δQ, как сумма полного dU и неполного δL дифференциалов, не является полным дифференциалом.

Количество теплоты не характеризует состояние термодинамической системы, а представляет собой энергию, которая передается (отводится) термодинамической системе в процессе теплообмена. Количество теплоты является функцией термодинамического процесса.

Аналитическая формулировка первого закона термодинамики в форме выражения (13) справедлива как для обратимых, так и для необратимых процессов.

Для случая расширения идеального газа первый закон термодинамики запишется:

δQ = dU + p’dV (14)

Здесь p’ – внешнее давление, оказываемое на газ. Для равновесного процесса внешнее давление p’ равно давлению p в газе, и первый закон термодинамики для этого случая запишется в виде:

δQ = dU + p dV (15)

Обратимые и необратимые процессы

Квазистатическим называют процесс с малым отклонением от равновесного состояния. Это бесконечно медленный процесс, состоящий из ряда… 1. Равновесные процессы можно изображать графически в виде монотонной кривой.… 2.Равновесные процессы обладают свойством обратимости. Обратимыми называются процессы, которые могут проходить как в…

Условия существования и свойства равновесных процессов.

2. Совершение в прямом процессе максимальной работы. 3. Бесконечно медленное течение процесса, связанное с бесконечно малой… 4. Абсолютные значения работ прямого и обратного процессов совпадают.

Удельная теплоемкость газов

Q ~ m (T2 – T1) Введя коэффициент пропорциональности с, получим: Q = c m (T2 – T1), откуда

Связь между теплоемкостями при постоянном давлении и постоянном объеме.

U = f (V, T) Запишем полный дифференциал этой функции (24)

Из первого закона термодинамики

Адиабатный процесс –это процесс без теплообмена с окружающей средой. (δQ = 0) Из первого закона термодинамики: δQ = m cv dT + p dV = 0 или m cv dT = - p dV

Применение законов термодинамики к тепловым машинам

 

Второй закон термодинамики

Таким образом, второй закон термодинамики дает ответ на вопрос о направлении процессов, происходящих в природе. Существует несколько формулировок второго закона термодинамики, имеющих один и… Теплота сама собой не может переходить от тела менее нагретого к телу более нагретому без одновременных изменений в…

Вычисление энтропии. Парадокс Гиббса.

(48) Из уравнения состояния идеального газа или ,

Рис. 11. Процесс перехода системы из состояния 1 в состояние 2 по разным путям

При анализе квазистатических процессов понятие энтропии может быть уяснено из уравнения , определяющего дифференциал энтропии. Первый закон термодинамики устанавливает, что элемент теплоты δQ не является полным дифференциалом. Рассмотрим переход системы из состояния 1 в состояние 2 по путям I и II (рис.11). Количества теплоты, необходимые для перехода из состояния 1 в состояние 2 по этим путям соответственно равны:

,

Согласно первого закона термодинамики Q1 ≠ Q2. Однако если количество теплоты δQi, получаемое системой на некотором элементе пути, разделить на температуру Ti, при которой сообщается эта теплота, и найти интегралы этих (приведенных) теплот по всему первому и всему второму пути, то для квазистатических процессов эти интегралы будут равны:

. (57)

Это указывает на существование некоторой однозначной функции состояния, изменение которой определяется этим интегралом и называется энтропией:

. (58)

 

Второй закон термодинамики для нестатических процессов

Пусть переход системы из состояния 1 в состояние 2 (рис. 11) происходит нестатически. При этом системе сообщается некоторое количество теплоты… δQнест = dU + δLнест. (59) Если же система переходит из состояния 1 в состояние 2 квазистатически, то

Третий закон термодинамики

Планк высказал предположение, что при абсолютном нуле температуры энтропия не просто минимальна, а равна нулю. Постулат Планка:Энтропия правильно сформированного кристалла чистого вещества… Вещество должно быть обязательно чистым, а кристалл – лишенным дефектов.

Характеристики водяного пара

Обычно пар получают в процессе кипения жидкости. Если подводить теплоту к жидкости при постоянном давлении, температура жидкости растет до… Кипение– это процесс парообразования в объеме жидкости, тогда как испарение… Процесс кипения в p – V диаграмме изображается изобарой, которая одновременно является и изотермой.

Тепловые циклы

Замкнутый процесс, в котором в конечном итоге рабочее тело Замкнутый процесс, в котором в конечном итоге рабочее тело Цикл 1 – 2 – 3 – 4 – 1, в котором работа расширения больше работы сжатия, называется прямым цикломили циклом тепловой…

Рис. 15. Обратный цикл Карно

 

Цикл Ренкина –это идеальный цикл паросиловой установки.

Иллюстрация цикла Ренкина с использованием p – V и T – S диаграммы представлена на рис. 16. На рис. 17 этот же цикл показан на i – S диаграмме.

Перегретый пар с начальным давлением р1 направляется в турбину, где расширяется по адиабате 1-2 до давления р2. Отработанный пар после турбины конденсируется при давлении p2 = const и tk = const в конденсаторе, отдавая

теплоту парообразования охлаждающей воде (процесс 2-3). Далее идет процесс 3-4 сжатия воды насосом. При этом будет некоторое повышение температуры. Так как оно мало, то часто этот участок не показывают. Процесс 4-5 - нагревание воды до температуры кипения. Процесс 5-6 - парообразование в котле. Процесс 6-1 - перегрев пара в пароперегревателе. Процесс 4-5-6-1 протекает при постоянном давлении p1 = const.

 

 
 

 

 


Рис. 16. Цикл Ренкина в p-V и T-S диаграммах

Термический КПД цикла Ренкина:

, где h = i1 – i2 - располагаемая работа (работа турбины); i1– энтальпия пара перед турбиной; i2 – энтальпия пара после турбины; i3’–энтальпия конденсата, которая берется по таблице сухого насыщенного пара и воды на кривой насыщения по давлению р3.

 

 

Рис. 17. Цикл Ренкина в i – S диаграмме

 

– Конец работы –

Используемые теги: основные, понятия, Термодинамики, Предмет, Термодинамики, основные, параметры, состояния, термодинамической, системы0.121

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Основные понятия термодинамики. Предмет термодинамики. Основные параметры состояния термодинамической системы

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Основные параметры помехоустойчивого кодирования. Основные параметры помехоустойчивых кодов
Закодированные цифровые сообщения всегда содержат дополнительные, или избыточные, символы. Эти символы используют для того, чтобы подчеркнуть… Для понимания процесса кодирования полезно рассмотреть каждое из этих свойств… Кроме того, вероятность, что мы окажемся правы, возрастает с увеличением длины блока. При увеличении длины блока доля…

Предмет и метод статистики Предмет статистики 2. Основные понятия статистики
План... Предмет статистики... Основные понятия статистики Статистическая методология и организация статистики в РФ...

Лекция 1. Основные понятия. Совокупность макроскопических тел, которые обмениваются энергией друг с другом и с окружающей средой, называются термодинамической системой ТС
Лекция Основные понятия... Совокупность макроскопических тел которые обмениваются энергией друг с другом...

Предмет и основные понятия информатики Предмет информатики как науки составляют: -аппаратное обеспечение средств вычислительной техники
Информатика это комплексная техническая наука которая систематизирует... Термин информатика происходит от французского слова Informatique и образован из двух слов информация и автоматика...

Основные понятия, предмет и система дисциплины "Правоохранительные органы"
Одно из центральных мест в ней занимает выполнение задач по обеспечению правопорядка и законности, защите, прав и свобод человека, охране прав и… Признание, соблюдение и защита прав и свобод человека и гражданина обязанность… Одновременно граждане, разумеется, не лишаются возможности отстаивать всеми законными способами свои права и свободы,…

ПРЕДМЕТ ТЕОРИИ ФИЗИЧЕСКОГО ВОСПИТАНИЯ И ЕГО ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ Спецификой предмета является изучение закономерностей физического воспитания и управление развитием ребенка от рождения до семи лет
ПРЕДМЕТ ТЕОРИИ ФИЗИЧЕСКОГО ВОСПИТАНИЯ И ЕГО ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ... В системе дошкольного образования теория и методика физического воспитания как... Цель физического воспитания ребенка это подготовка к жизни труду защите Отечества...

Вариант контрольной №1 Общая теория систем. Основные понятия, структура курса.Сущность и принципы системного подхода. Метод сценариев на примере системы управления.
Рассмотрим понятия, которые наиболее полно раскрывают ее существенные свойства (рис. 1). Рис. 1. Понятие системы «Система – это комплекс… Мы можем определить систему как нечто целое, абстрактное или реальное,… Практически каждый объект может рассматриваться как система.

Лекции по дисциплине Устройство и функционирование информационных систем Раздел 1. Информационные системы. Основные понятия и классификация
Раздел Информационные системы Основные понятия и классификация... Тема Информационные системы Основные понятия и... В данной теме рассматриваются общие понятия относящиеся к операционным системам определяются их типы и базовые...

Лекция 1. Т и МФК как научная и учебная дисциплина 1. Предмет и основные понятия Т и МФК 3. Принципы системы физического воспитания
Содержание... Предмет и основные понятия Т и МФК Цель и задачи физического воспитания...

0.04
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам