Основные законы термодинамике.

Виды энергии:

Свойством объединяющим все виды энергии является способность, каждого вида энергии переходить при определённых условиях в любой другой её вид, в строго определённом количественном соотношении это позволяет все виды энергии изменять в одних единицах.(Дж)

1 Дж = 1Н* 1 м. За исключением тепловой энергии, все рассматриваемые виды энергии, являются энергией направленного движения.

Так механическая энергия проявляется в непосредственно наблюдаемых движениях тел имеющих определённое направление:

Электрическая энергия проявляется в движении электронов в проводнике.

Химическая энергия, освобождаемая при какой-либо реакции, представляет собой потенциальную энергию атомов, выделившаяся при образовании новых молекул.

Тепловая же энергия выражается в молекулярном и внутримолекулярном хаотическом движении, представляя собой энергию хаотического движения атома и молекул вещества. т.о. Тепловая энергия в отличии от других видов энергии ненаправленного, а хаотичного движения, поэтому превращения тепловой энергии в любой вид направленного движения имеет свои особенности. Изучение которых, одно из основных задач ТТД.

Внутренняя энергия.

включает:

-тепловую.

-химическую.

-внутриядерную энергию тела. (υ=υ₀ + υ_т)

Внутриядерную энергию тела. (υ=υ₀ + υ_т)

υ₀ – внутренняя нулевая энергия (равная внутренней энергии тела, условно охлаждённой до абсолютного 0 температур).

υ_т – та часть внутренней энергии тела, которая связана с тепловым хаотическим движением молекул и может быть выражена через температуру тела, и другого его параметры. В процессах не связанных с химическим составом вещества, внутренняя

υ₀= const, что позволяет в различных расчётных уравнениях учитывать изменение только внутренней тепловой энергии.(внутренней энергии)

т.о. внутренняя энергия представляет собой энергию хаотического движения молекул и атомов, и включает в себя энергию поступательного, вращательного и колебательного движения, а так же потенциальную энергию взаимодействия между молекулами.

υ = ; так как V,P И T зависят друг от друга. следовательно;

υ = = = ;

Удельная внутренняя энергия.

U=V/m [Дж/кг] - внутренняя энергия 1 кг вещества

Изменение внутренней энергии.

Р P цикл

1 ∆ U= U₂-U₁ 1 ∆ U=0

2 2

V V

Внешняя энергия.

Внешняя энергия – энергия связанная с перемещением тела, а так же потенциальная энергия внешних физических полей.

Если газ или жидкость движется непрерывным потоком в трубе, то в его внешнюю энергию входит энергия проталкивания (энергия давления).

Внешняя кинетическая энергия.

E_к=m*(ω²/2)

энергия поступательного движения тела, как целого.

Внешняя потенциальная энергия.

энергия направленного действия статических полей, может быть выражена через возможные работы каждого поля от заданного положения до 0.

Например:

потенциальная энергия гравитационного поля.

Е_п.г.п.=Р*h; где Р- вес тела; h- высота.

Эти энергии не являются параметрами состояния т. к. их величины не определяют физическое состояния тела или системы.

Энергия Проталкивания.(Е_пр)

*- представляем собой дополнительную энергию вещества, зависящую от параметров его состояния, возникающая в системе за счёт воздействия на него другими частями системы (стремящийся вытолкнуть это вещество из занимаемого объёма.)

П усть через сечение размером F перемещается в сплошном потоке 1 кг газа, допустим что скорость газа стремиться к 0 и внешняя кинетическая и потенциальная энергия = 0.

I

F

I dx

C обоих сторон от сечения на газ действует сила давления Р

Р_-=F*p

перемещаясь по каналу, газ совершает путь dx, определим работу перемещения данного газа через сечения:

А=Р*dx=p*F*dx=p*F* = υ*p

υ= F*dx

υ*p=E_пр представляет собой энергию передаваемую 1 кг газа частицами движущимися сзади, эта же энергия передаётся впереди движущимся частицам и т.д.

Создаётся эта энергия в начале потока(в компрессоре или насосе). В результате этого каждый кг газа, находящийся в сплошном потоке, обладает кроме собственной внутренней энергией ещё и переносимой на себе энергией проталкивания.

Для газов, потоков и жидкостей находящиеся в сплошном потоке р* υ(или Р*V для m кг) характеризует их состояние, определяя неотъемлемую часть их энергии .Поэтому для веществ находящиеся в сплошном потоке определяющем их состоянием параметром будет уже не внутренняя энергия , а сумма внутренней энергии и энергии проталкивания - Энтальпия!

Энтальпия!

Н= υ+Р*V

Удельная энтальпия (для 1кг вещества)

h =u+ υ*p (Дж/кг)

Полная энергия тела!!

В общем виде:

Е= υ₀+ υ_т+E_к+∑Е_ni+ Р*V

Теплота и Работа.

В процессах рассматриваемых в ТД. передача энергии происходит в 2х возможных формах: в форме тепла и работы.

Тепло: энергия передаёться в виде хаотического(теплового) движения атомов молекул вещества.

Работа: энергия передаваемая из 1го вида в другой передаётся в форме направленного движения.

Теплота.

Передача энергии в форме тепла возникает при наличии разности температур между телами (внешний теплообмен) или между отдельными частями 1 и того же тела (внутренний теплообмен)

Количество энергии переданной в форме хаотического движения частиц – количество тепла или теплота.

Q[Дж/кг]

Удельная теплота: q=Q/m [Дж/кг]

Единица измерения – ккалорий 1 ккалорий=4,187кДж

Подведённая теплота считается с знаком +

Отведённая теплота считается с знаком –