4Внутренняя энергия идеального газа. Параметры состояния

Внутренняя энергия - суммарный запас кинетической энергии газа, обусловленный поступательным, вращательным движением, энергией между атомами молекул, энергией межмолекулярного взаимодействия.

Кинетическая энергия поступательного и вращатель­ного движения молекул зависят только от t. Если принять, что влияние сил взаимодействия между молекулами равно нулю, т. е. рассматривать идеальный газ, то величина внутренней энергии: u = f(t).

Изменение внутренней энергии рабочего тела не за­висит от его промежуточных состояний и определяется полностью величиной его начальных (u₁) и конечных (u₂) пара­метров:

(Дж/кг)

Во всех термодинамических процессах, если v =const т. е. рабочее тело не расширяется и не совершает работы, сообщаемая ему теплоту q=с_V (Т₂- Т₁) идет только на увеличение его внутр. энергии

U₂-U₁ = Cv(T₂-T₁).

Для ∞ малого изменения состояния du=c_Vdt внутренняя энергия тела является параметром состоя­ния.

5.Работа газа. Параметр процесса.

Принято считать работу расширения “+”, а сжатия “-“

Работа, в отличие от теплоты, представляет собой макрофизически упорядоченную форму передачи энергии путем взаимного механического воздействия тел. В этом и заключается качественное отличие понятий «работа» и «теплота». По существу, понятие теплоты близко к понятию работы. Различие между теплотой и работой состоит лишь в том, что они являются разными формами передачи энергии. Теплота представляет собой форму передачи энергии, которая определяется непосредственным контактом между телами, либо лучистым переносом энергии. Теплота не может самопроизвольно превращаться в работу. Этот процесс сопровождается другими энергетическими изменениями в окружающей среде или в рабочем теле. Особенность перехода теплоты состоит в том, что этот процесс носит односторонний характер - теплота пере­ходит самопроизвольно только от тела с более высокой t к телу с меньшей t. А обрат­ный переход теплоты от тела с меньшей t к телу с большей t может быть лишь прину­дительным (тепло­вые машины).

6.Теплоемкость газа

Теплоемкость тела – кол-во теплоты, необходимое для нагрева тела на 1°. Теплоемкость измеряется в Дж/К, допускается едини­ца Дж/°С; в технических расчётах — кДж/К. Если теплоемкость относят к какой-либо единице количества вещества (кг, м³, кмоль), то такая теплоемкость - удельная и ее единица соответственно будет кДж/(кг·К), кДж/(м³·К) и кДж/(кмоль·К). В зависимости от выбранной количественной единицы вещества различают массовую с, объемную с' и кило-мольную µс теплоемкости. Между ними имеют место сле­дующие соотношения: с = µс/22,41; с' = ρс. Теплоёмкость существенным образом зависит от ха­рактера процесса. Поэтому значения теплоемкости в раз­личных процессах различны.

Истинная теплоемкость при данной температуре представляет собой предел, к которому стре­мится теплоемкость, средняя для прилегающего темпера­турного интервала, когда этот интервал стремится к нулю. (средняя теплоёмкость)

В соответствии с определениями истинной и средней теплоемкости можно написать следующие выражения для теплоты, сообщенной 1 кг газа:

а) при бесконечно малом изменении t га­за, кДж/кг:dq = cdt

б) при изменении t газа от t1 до t2, кДж/кг: q=cm(t2-t1).

Для нагревания массы Q (кг) от t t1 до t₂ потребуется теп­лота Q (кДж): Q=G cm(t2-t1)

Особое значение для нагревания (или охлаждения) газа имеют условия, при которых происходит процесс подвода (или отвода) теплоты. В теплотехнике наиболее важным является:

нагревание (или охлаждение) при постоянном объеме - изохорный ;

нагревание (или охлаждение) при постоянном давле­нии – изобарный .

Связь между этими теплоемкостями устанавливается уравнением Майера:

При нагревании 1 кг газа на 1 °С при постоянном объеме сообщаемая газу теплота — теплоемкость c_v — расходуется только на увеличение внутренней энергии газа, так как внешняя работа не совершается.

При нагревании же 1 кг газа на 1 °С при постоянном давлении объем газа возрастает и сообщаемую газу теп­лоту — теплоемкость с_р — расходуют не только на уве­личение внутренней энергии газа, но и на совершение работы расширения. Поэтому теплоемкость c_p всегда больше, чем теплоемкость c_v на величину работы, совер­шаемой 1 кг газа при нагревании его на 1 °С при постоян­ном давлении.