Контрольные вопросы и примеры к 1-й главе

1. Что изучает термодинамика?

2. Каковы задачи технической термодинамики?

3. Как классифицируются виды энергии в термодинамике?

4. Что такое теплота?

5. Что такое работа?

6. Какое различие между функцией состояния и функцией процесса?

7. Что называется термодинамической системой?

8. Как взаимодействует неизолированная система с окружающей средой?

9. Чем отличается открытая система от закрытой?

10. Какие величины называют термодинамическими параметрами?

11. Какие параметры относятся к термическим и какие к калорическим?

12. Что называется термическим уравнением состояния?

13. Какое уравнение состояния называют калорическим?

14. Что такое термодинамическое равновесие?

15. Какой процесс называют обратимым?

16. Какой процесс называют необратимым?

17. Что такое внутренняя энергия?

18. Что такое энтальпия?

Пример 1.1. Избыточное давление в барабане парового котла, измеряемое пружинным манометром, р_и = 2500 кПа. Барометрическое давление по ртутному барометру p_бар = 765 мм рт. ст. при температуре 0°С. Определить абсолютное давление в барабане котла.

Решение. При 0°С 1 мм рт. ст. соответствует 133,32 Па (см. табл. 1 в Приложении), поэтому p_бар = 765 133,32 = 101991,33 Па ≈ 102 кПа. Абсолютное давление р = p_и + p_бар 2500 + 102 ≈ 2602 кПа (26,02 бар).

Пример 1.2. Ртутный вакуумметр, присоединенный к конденсатору, показывает разрежение р_в = 280 мм. рт. ст. при температуре 40°С. Атмосферное давление, определяемое ртутным барометром при температуре 30°С, составляет p_бар = 760 мм. рт. ст. Определить абсолютное давление в конденсаторе.

Решение. Предварительно приведем показания ртутных приборов к 0°С (см. табл. 1 в Приложении):

Абсолютное давление в конденсаторе p = p_бар - p_в = 755,3184 - 278,0736 = 477,2448 мм рт. ст. = 63,628 Па = 63,63 кПа = 0,6363 бар.

Первый закон термодинамики

§ 7. Закон сохранения энергии

Первый закон термодинамики является одним из выражений всеобщего закона природы - закона сохранения и превращения энергии, утверждающего безграничную способность различных видов энергии к непрерывным изменениям и превращениям.

Закон сохранения и превращения энергии в самом общем виде был впервые сформулирован М. В. Ломоносовым в 1748 г., а в 1798 г. получил экспериментальное подтверждение в опытах англичанина Б. Румфорда. Применение этого закона к изолированной термодинамической системе позволяет сделать вывод, что ее энергия остается постоянной:

В уравнении (2.1) символом Е обозначен запас любого вида энергии. Независимо от того, какие процессы происходят в системе, при отсутствии взаимодействия с окружающей средой запас всех видов энергии в любой момент времени одинаков: E₁ = E₂; Е₂ - Е₁ = 0.

Энергия неизолированной системы может измениться за счет подвода или отвода теплоты Q и за счет совершения или затраты извне работы L_вн. Энергия, подведенная к какому-либо телу в форме теплоты, может быть передана другому телу в форме работы. Следовательно, уравнение первого закона термодинамики в общем виде с учетом принятого правила знаков для теплоты и работы можно записать:

т. е. в общем случае теплота, подведенная к системе, расходуется на изменение ее энергии и на совершение внешней работы.

Для единичной массы вещества

Для элементарного процесса: