Лекція 8. 8.10..

(1)

(2)

За виразом Клаузіуса:

Із рівняння (1) видно, що теплота не впливає безпосередньо на зв’язану енергію, і тому між ними нема фізичного зв’язку, а є тільки кількісний. Рівняння (2) для різних основних термодинамічних процесів має рі-зний вигляд, тобто, механізм отримання роботи в різних процесах різний. Так, для ізотермічного процесу ( ) ми бачи-мо, що і . Таким чином, .

З урахуванням зазначеного вище:

(3)

Для ізобарного процесу ( ):

(4)

Для ізохорного процесу ( ):

*Q =- dF = TdS+SdT=d(pV) = Vdp=-* L

(5)

Для адіабатного процесу ( ):

;

Вираз не дає можливості прове-сти глибокий аналіз процесів, які прохо-дять під час перетворення енергії.

Тема 4 Водяна пара як реальний газ

§1 Рівняння стану реального газу (стор. 155-160)

Реальним називається газ, у якого ма-ють місце сили щеплення між молекулами, а самі молекули займають певний об’єм. Для реального газу рівняння стану ідеаль-ного газу не дійсне, тому знаходи-ти параметри стану для реального газу за цим рівнянням неможливо. Багато вчених працювало над створенням рівняння стану для реального газу, але всі запропоновані варіанти є достатньо складними, і тому не-можливо їх використовувати в інженерних розрахунках. Через це розрахунки для во-дяної пари, як для робочого тіла, ведуть із використанням таблиць та діаграм. Як приклад розглянемо рівняння стану для реального газу Ван-дер-Ваальса. Воно най-простіше і є найбільш наближеним до рів-няння стану ідеального газу:

(1)

– зовнішній тиск, під яким знаходи-ться робоче тіло;

і – коефіцієнти, які розраховуються за окремими формулами;

– питомий об’єм газу;

– абсолютна температура;

– молекулярний тиск , який обу-мовлений силами щеплення між молекула-ми, і тому діє у тому ж напрямку, що і зов-нішній тиск. Тому в рівнянні перед ним стоїть знак „+”.

– об’єм, у якому рухаються моле-кули;

- загальний об’єм усіх молекул. Він пропорційний чотирьохкратному об’єму всіх молекул.

§2 Загальні властивості реальних газів (стор. 160-161)

Велику кількість газів неможливо перевести в рідкий стан простим стиснен-ням при кімнатній температурі.

Причина цього в тому, що чим вища те-мпература, тим менша різниця між пито-мими об’ємами у 2 і 3 станах. Тобто, горизо-нтальна ділянка зменшується. Коли вона зникає зовсім ( ), зникає і різниця між рідким та газоподібним станами. Точ-ка, в якій , називається критич-ною. Тиск ( ), температура ( ), питомий об’єм ( ) і стан газу при цьому також нази-ваються критичними.

Ізотерми реального газу, які лежать в області надкритичних температур і в облас-ті газоподібного стану наближаються до ізотерм ідеального газу.

У дослідах Ендрюса було встановлена безперервність газоподібного і рідкого ста-нів речовини.

§3 Водяна пара. Основні визначення (стор. 162-166)

Водяною парою називається реальний газ із порівняно високою критичною темпе-ратурою та близький до стану насичення.

Пароутворенням називається фазовий перехід від рідинного стану речовини до парового стану.

Випаровування – це пароутворення, яке протікає з поверхні рідини під час будь-якої температури.

Кипінням називають пароутворення, яке протікає у всьому об’ємі рідини, але ті-льки під час температури кипіння (насиче-ння).

Конденсація – це процес фазового пере-ходу з газоподібного стану до рідинного, який протікає під час сталої температури насичення і постійного тиску з виділенням теплоти. Цей процес зворотній до процесу кипіння, під час якого іде пароутворення. Він є одночасно процесом ізобарним і ізоте-рмічним. Розглянемо декілька станів водя-ної пари.

Насичений стан

Насиченим називають стан насиченої пари, яка знаходиться у динамічній рівно-вазі з рідиною, з якої вона утворена. Сили щепленя молекул,які знаходяться на поверхні води, направлені назовні і складають вільну енергію поверхні. Підведемо теплоту. Рідина почне нагріватись, будуть збільшуватись швидкості руху молекул. Відповідно, збіль-шуватиметься і їх кінетична енергія. Окремі молекули починають вириватися у так звану парову фазу. Вони там теж рухаються хаотично, деякі з них,наближаючись до поверхні води, захоплюються вільними силами молекул рідини повертаються назад у рідинну фазу.

Стан, коли кількість молекул, які пере-ходять з рідинного стану у паровий, дорів-нює кількості молекул, які повертаються з парової фази у рідинну, називається ста-ном динамічної рівноваги. Стан пари під час цієї рівноваги називається насиченою парою. А температура, під час якої відбува-ється ця рівновага, – температурою наси-чення (кипіння).

Розглядаюсь два стани насиченої пари:

1. Суха насичена пара;

2. Волога насичена пара.

Сухою насиченою парою називається пара, яка не має у своєму складі крапель води.

Вологою насиченою парою називають пару, яка є сумішшю сухої насиченої пари і крапельок води, які рівномірно розподілені у всьому об’ємі пари.

Характеризується насичена пара ступе-нем сухості x, що є відношенням маси сухої пари до маси вологої пари у 1 кг пари. Вимірюється в одиницях ( ) або у відсотках.

Для вологої пари , для сухої пари .

У стані насичення кожному тиску від-повідає строго визначена температура. Тоб-то, якщо тиск 1 атм, то . Зі зрос-танням тиску температура кипіння підви-щується.

Якщо рідина вся випарується, і буде су-ха пара, то з підвищенням температури па-ра нагріватиметься. Процес нагріву сухої пари під час сталого тиску називається процесом перегріву пари. Пара, яка має температуру вище температури насичення під час тиску, який відповідає температурі насичення, називається перегрітою парою. Різниця між температурою перегрітої пари і сухої насиченої пари під час одного і того ж тиску називається ступенем перегріву пари.

;

під час ,

– температура конденсату;

– температура кипіння води;

і – температура сухої і вологої пари.

Властивості водяної пари визначаються тими ж параметрами, що і властивості ідеа-льного газу: p, v, T, u, h, s.

Домовились, що всі параметри стану, які відносяться до киплячої води, познача-ють одним штрихом: v`, u`, h`. До сухої на-сиченої пари – двома штрихами: v``, u``, h``. До вологої насиченої пари – позначаються індексом : . До перегрітої пари – позначаються без індексів: v, u, h.