Ответы на вопросы по инженерным системам зданий и сооружений. Техническая термодинамика.

1. Параметры состояния рабочего тела.

Параметры рабочего тела:

• Давление – сила, действующая на единицу площади поверхности тела перпендикулярно этой поверхности. Давление: абсолютное – полное давление, под которым находится газ; избыточное – превышение давления над атмосферным; разрежение (вакуум) – недостаток давления до атмосферного.

• Температура – параметр, характеризующий тепловое состояние тела. t=T-273,16 и T=t+273,16.

• Удельный объем – МКТ устанавливает понятие объема, занимаемого газом, как пространства, в котором перемещаются его молекулы.

2. Уравнение состояния для однородного идеального газа.

Для 1 кг: pʋ=RT – уравнение Клайперона

Для любого кол-ва газа: pV=RGT

Для 1 киломоля газа: pV_н=RTµ - уравнение Менделеева

Киломоль – масса вещества, численно равная его молекулярной массе и выражается в килограммах.

З-н Авогадро: при н.у. (физ.) V 1 киломоля для любого идеального газа равен 22,4 м³

P = 101325 Па

V_н = 22,4 м³

T = 273,16 К

3. Газовые смеси. Уравнение состояния для газовой смеси.

Газовые смеси – мех.смеси при условии отсутствия в ней химической реакции.

Давление смеси газов равно сумме парциальных давлений, его составляющих – закон Дальтона:

Уравнение состояния для смеси газов имеет вид:

4. Теплоемкость газа. Понятие о термодинамических процессах.

Теплоемкость газа – кол-во теплоты, необходимое для нагрева тела на 1К.

Удельная теплоемкость м.б. массовой:

кол-во теплоты, необходимое для повышения температуры на 1К, зависит от характера процесса.

Изобарная теплоемкость с_р (тепло проводится под пост.давлением) больше, чем изохорная с_v (при пост.объеме).

Термодинамический процесс – непрерывное изменение состояния рабочего тела в результате взаимодействия его с окружающей средой.

Если процесс происходит бесконечно медленно при ничтожно малой разности температур рабочего тела и окружающей среды, то такой процесс называется равновесным; если процесс не удовлетворяет этим условиям, то процесс называется неравномерным.

Процесс, связанный с расширением рабочего тела, – прямой процесс; а со сжатием рабочего тела, – обратный процесс.

5. Внутренняя энергия рабочего тела.

Внутренняя энергия – запас Е в теле, обусловленный хаотическим движением его молекул.

Изменение внутренней энергии рабочего тела не зависит от его промежуточных состояний и, определяется величиной его начальных и конечных параметров

Во всех термодинамических процессах, если V=const (тело не совершает работу), то сообщаемая ему Q идет на изменение внутренней энергии

6. Работа расширения и сжатия рабочего тела.

1.Если рабочему телу сообщена теплота, то в общем случае изменяется не только внутренняя энергия, но и при расширении рабочего тела совершается работа.

Рассмотрим газ, заключенный в эластичную оболочку.

F

PPPPP

PPPPP

n

q

– площадь

На каждый элемент оболочки dF действует газ силой pdF перемещает на расстояние dn

7. Графическое изображение работы в p,V-координатах.

P

V

В системе координат p,V площадь, ограниченная кривой процесса, двумя

крайними координатами и отрезками абсциссы

г

1

рафически изображает работу, совершаемую

р

2

абочим телом в данном процессе.

8. Сущность и формулировка первого закона термодинамики.

Закон является частным случаем всеобщего закона сохранения и превращения Е. Этот закон устанавливает основные положения взаимопревращения теплоты и механической работы, а также эквивалентность этих превращений.

З-н: если к газу подведено некоторое количество теплоты, оно расходуется на изменение внутренней энергии и на работу расширения газа.

9. Процессы изменения состояния идеальных газов.

Изохорный

V=const, dV=0

pV=RT

dq=du+pdV

p₁V₁=RT₁

p₂V₂=RT₂

В изохорном процессе давление газа изменяется прямопропорционально его абсолютной температуре.

dq=du

Теплота расходуется на изменение внутренней энергии рабочего тела.

Изобарный

P=const

dp=0

p₁V₁=RT₁

p₂V₂=RT₂

В изобарном процессе объем изменяется прямопропорционально абсолютной температуре.

При подводе теплоты объем увеличивается, а при отводе – уменьшается.

Изотермический

T=const

dT=0

du=0

p₁V₁=RT₁

p₂V₂=RT₂

В изотермическом процессе отношение абс.давлений обратнопропорционально отношению объемов.

Адиабатный

Процесс протекает без теплообмена с окружающей средой

Чтобы осуществить такой процесс, следует либо теплоизолировать газ, либо провести процесс мгновенно быстро.

dq=0

du= - pdV

^k

k – показатель адиабаты

работа осуществляется за счет уменьшения внутренней энергии

Политропный

Процесс, в котором могут изменяться все ранее рассмотренные основные параметры газа или только некоторые из них. pVⁿ=const, n – показатель политропы (от 0 до ±∞).

Процессы:

Изохорный V=const, n +∞

Изобарный p=const, n=0

Изотермический T=const, n=1

Адиабатный pV^k=const, n=k