Техническая термодинамика.

Раздел науки, в которой рассматривается взаимное превращение тепловой и механической энергии.

Основу его составляет первый и второй законы термодинамики. Техническая термодинамика является основой тепловых двигателей. Основным понятием в термодинамике является понятие о термодинамической системе. ТДС представляет собой совокупность тел или частиц одного тела, находящихся во взаимодействии как между собой, так и с окружающей средой. Рабочими телами являются газы и пары и за счет них происходит преобразование тепловой энергии в механическую.

Непрерывно протекающие изменения состояния ТДС при взаимодействии ее с внешней средой называется термодинамическим процессом.

Основные термодинамические параметры состояния системы:

• абсолютное давление P=P_изб+P_б, где P_б – атмосферное давление.

• P=P_б+P_в, где P_в – давление вакуума. Па=Н/м².

Нормальное атмосферное давление 10⁵ Па =1 бар.

• объем Vудельный = V/m [м³/кг].

• абсолютная температура T[K].

Термодинамический процесс.

Основные параметры состояния P, V, T для однородного тела связаны зависимостью F(P,V,T)=0, которая в термодинамике называется уравнением состояния.

Процессы изменения состояния могут быть обратимыми и необратимыми.

Идеальные газы. Уравнение состояния идеального газа.

Под идеальным газом понимают совокупность физических молекул, не взаимодействующих между собой, т.е. пренебрегают силами притяжения и отталкивания между молекулами. Молекулы собственный объем не имеют.

Для m кг газа PV=mRT – уравнение Менделеева-Клапейрона,

для 1 кг газа PV=RT.

– газовая постоянная Ридберга, .

Смесь идеальных газов. Закон Дальтона.

Газовая смесь – смесь идеальных газов, химически не взаимодействующих между собой. Каждый газ, входящий в состав смеси, ведет себя как бы в отсутствии других газов, т.е. равномерно распределяется по всему объему смеси, оказывает на стенки сосуда свое давление, называемое парциальным и подчиняется своему уравнению состояния.

Газовая смесь может быть задана массовым, объемным или мольным составом. Задается массовыми, объемными или мольными долями. Газовая смесь подчиняется закону Дальтона.

Давление газовой смеси, при отсутствии химических реакций равно сумме парциальных давлений отдельных газов, составляющих эту смесь.

P_см=P₁+P₂+P_n= ,

где P₁,P₂...Pn – парциальное давление отдельных газов.

Если смесь задана массовым составом, т.е.

то ,

где g₁+g₂+...+g_n – массовые доли газовой смеси.

g₁+g₂+...+g_n=1.

Если смесь задана объемным составом, т.е.

то ,

где – объемные доли газовой смеси.

Газовая постоянная смеси газов.

.

Теплоемкость газов.

В общем случае термодинамических процессов изменение состояния газа теплота к телу либо подводится либо отводится.

Для анализа процесса необходимо знать количество подводимой либо отводимой теплоты, для этого используют понятие «теплоемкость газов».

Удельной теплоемкостью С_X рабочего тела газа называется отношение количества теплоты dq_X, которое надо сообщить рабочему телу, чтобы изменить его теплоту на 1:

Так как количество вещества может быть задано либо массой, либо объемом, либо числом киломолей, то в термодинамике различают теплоемкости:

1. массовую;

2. объемную;

3. мольную.

Теплоемкость, отнесенная к одному килограмму газа обозначается С_X и называется массовой .

Теплоемкость, отнесенная к одному кубическому метру газа при нормальных условиях (10⁵ Па, 0С) обозначается через С_X’ и называется объемной .

Теплоемкость, отнесенная к одному киломолю газа обозначатся через С_X и называется мольной .

Соотношение между массовой и объемной теплоемкостью:

Количество теплоты для массы килограмма газа будет определяться:

Для одного килограмма газа:

В соответствии с молекулярно-кинетической теорией газов теплоемкость идеального газа не зависит от температуры.

В зависимости от температуры имеет место, с увеличением температуры теплоемкость газов возрастает.