Тема 1.4. Теплоемкость газов и их смесей.

Понятие о количестве теплоты и теплоемкости. Массовая, объемная и киломольная теплоемкость газов. Теплоемкость газа при постоянном объеме и при посто­янном давлении. Истинная и средняя теплоемкости. Теплоемкость газовой смеси. Определение количества теплоты, необходимой для нагревания газа.

При рассмотрении теплоемкости следует освоить методику расчета средней теплоемкости и уяснить зависимость теплоемкости газа от вида термодинамического процесса, что находит отражение в уравнении Майера c_p-c_v=R. Обратите внимание на понятие показатель адиабаты k , который вводится соотношением k = c_p/ c_v и его численное значение определяется структурой молекулы газа.

Вопросы для самоконтроля:

1. Определение внутренней энергии тела.

2. Теплота и работа – формы передачи энергии.

3. Теплоемкость газа при постоянном объеме.

4. Теплоемкость газа при постоянном давлении.

5. Уравнение Майера. Зависимость между удельными теплоемкостями с_p и с_v.

6. Истинная и средняя теплоемкости.

7. Теплоемкость газовой смеси.

8. Определение количества теплоты, необходимой для нагревания газа при постоянном объеме.

9. Определение количества теплоты, необходимой для нагревания газа при постоянном давлении.

Тема 1.5. Термодинамические процессы.

Термодинамическая система и процессы, протекающие в ней. Внутренняя энергия и работа термодинамической системы. Первый закон (начало) термодинамики. Энтальпия. Определение теплоты, работы и внутренней энергии. Изохорный про­цесс. Изобарный процесс. Изотермический процесс. Адиабатный процесс. Политропный процесс. Определение параметров состояния в термодинамических про­цессах.

Первый закон термодинамики – это термодинамическое выражение всеобщего закона сохранения, суть которого заключается в сохранении общего энергетического баланса при взаимопревращении энергии из одного вида в другой.

Для записи аналитического выражения первого закона термодинамики необходимо детально рассмотреть энергетические характеристики термодинамической системы, к числу которых относятся изменение внутренней энергии, изменение энтальпии, количество теплоты, работа деформации (расширения) и располагаемая (полезная) работа. При изучении энергетических характеристик необходимо усвоить различие понятий «функция состояния», к которым относятся внутренняя энергия и энтальпия, и «функция процесса» (теплота и работа). Обратить внимание на факторы, определяющие знак каждой из энергетических характеристик, и знать выражение их через изменение параметров состояния как в дифференциальной, так и в интегральной форме.

Понятие «политропные процессы» представляет собой обобщающую модель всего многообразия термодинамических процессов в идеальных газах, протекающих при постоянном значении теплоемкости. Идентификация процессов осуществляется по показателю политропы n , который определяет связь между параметрами состояния в виде уравнения политропных процессов Pvⁿ=const.

Здесь следует обратить внимание на необычное обстоятельство, выражающееся в возможности изменения численного значения теплоемкости газа в различных политропных процессах во всем диапазоне действительных чисел от - до . В частности это приводит к тому, что при условиях, когда показатель политропы принимает значение в интервале 1 < n < k , теплоемкость любого газа будет иметь отрицательное значение.

Нужно научится анализировать политропные процессы по показателю политропы. Принимая конкретные значения n можно получить академически известные частные случаи газовых процессов: изобарический (n=0), изотермический (n=1), адиабатный (n= k), и изохорический (n=).

При изучении этого раздела необходимо приобрести навыки графического представления и анализа политропных процессов с использованием обобщенной P-v диаграммы, содержащей классические частные случаи газовых процессов

Вопросы для самоконтроля:

1. Основные термодинамические процессы. Алгоритм изучения термодинамических процессов.

2. Изохорный процесс. Уравнение, графическое изображение изохорного процесса.

3. Распределение энергии в изохорном процессе.

4. Изобарный процесс. Уравнение, графическое изображение изобарного процесса.

5. Зависимость между изменяющимися параметрами газа в изобарном процессе. (Закон Гей-Люссака).

6. Графическое изображение и аналитическое определение работы в изобарном процессе.

7. Распределение энергии в изобарном процессе.

8. Изотермный процесс. Уравнение, графическое изображение изотермного процесса.

9. Графическое изображение и аналитическое определение работы в изотермном процессе.

10. Работа и распределение энергии в изотермном процессе.

11. Определение и осуществление адиабатного процесса.

12. Уравнение адиабатного процесса.

13. Зависимость давления от температуры в адиабатном процессе.

14. Зависимость между объёмом газа и температурой в адиабатном процессе.

15. Зависимость между объёмом газа и давлением в адиабатном процессе.

16. Работа и распределение энергии в адиабатном процессе.

17. Графическое изображение адиабатного процесса. Взаимное расположение адиабаты и изотермы.

18. Преобразование энергии, работа газа в адиабатном процессе.

19. Определение и графическое изображение политропных процессов.

20. Зависимость между параметрами состояния в политропном процессе.

21. Работа газа, коэффициент распределения энергии в политропном процессе.