Предмет общей энергетики. Некоторые показатели мировой энергетики

Природные источники энергии и производство на их основе полезной энергии, прежде всего электрической.

Органические топлива:

• ядерная энергия (урана, плутония);

• энергия солнца;

• энергия ветра;

• энергия биомассы;

• энергия земных глубин;

• энергия морских волн.

Возобновляемые и не возобновляемые.

К возобновляемым относятся: энергия солнца, гидроэнергия, энергия ветра, энергия волн, энергия приливов и отливов.

К не возобновляемым относятся: ядерная энергия (энергия урана), химическая энергия, энергия топлив.

Мировая выработка электроэнергии 90-х:

58%- электроэнергия вырабатывалась на ТЭС.

25%- на ГЭС.

17%- на АЭС.

1%- другие станции.

В России: 70%±2% -ТЭС

16% - атомные электростанции.

14%-16% - ГЭС.

В Норвегии: 99% - ГЭС

Во Франции: 73%- АЭС

Предмет термодинамики. Ее основные понятия и определения.

Термодинамика - раздел физики, изучающий законы превращения различных форм энергии.

Техническая термодинамика изучает взаимопревращения тепловой и механической энергии, свойства веществ, участвующих в процессах.

Термодинамический метод обладает особенностями:

1.дедукционный подход в исследовании.

2.термодинамический метод является феноменологическим.

Термодинамическая система - макроскопическая система, состоящая из большого количества микрочастиц. Термодинамической системой может быть любое тело.

Рабочее тело – термодинамическая система, чаще газ или пар, предназначена для преобразования теплоты в работу.

Реальный газ состоит из молекул конечных размеров, взаимодействующих между собой.

Идеальный газ состоит из молекул с объемами равными нулю, невзаимодействующими между собой.

Теплота – энергия перехода то есть передача или превращение, если переход осуществляется в результате неупорядоченного движения микрочастиц.

Работа – энергия перехода, если переход осуществляется в результате направленного движения макрочастиц.

Теплота нетождественна тепловой энергии; работа нетождественна механической энергии.

Энергия тепловая или механическая термодинамической системы, определяется состоянием этой системы, являющейся функцией состояния.

Теплота и работа являются функциями процесса.

Теплота:

Удельная теплота:

Работа термодинамической системы:

Работа 1кг вещества:

Термодинамические параметры состояний

Термодинамические параметры состояний – физические величины. Характеризующие состояния термодинамической системы.

Параметры состояния:

1. внешние

2. внутренние

Внешними параметрами являются координаты термодинамической системы, скорость движения в пространстве.

Внутренние параметры организуют состояние термодинамической системы:

1.термодинамические

2. калорические внутренняя энергия

энтальпия

энтропия

теплоемкость

энергия фазового перехода

(теплота парообразования)

Внутренние параметры состояния:

1.экстенсивние - зависят от размеров термодинамической

системы(m,v,внутренняя энергия)

2. интенсивные – не зависят от размеров термодинамической системы.

(плотность, удельные величины).

Основными параметрами состояния газа являются:

1.абсолютное давление P

2.абсолютная температура T

3.абсолютный объем V

1) P,Па

2) T,K

шкала Цельсия

0⁰- таяние льда

100⁰- кипение воды

шкала Кельвина

шкала Реомюра

шкала Фаренгейта

шкала Ренкина

Температура - есть мера нагретости вещества, то есть мера интенсивности теплового движения микрочастиц.

Абсолютная температура пропорциональна кинетической энергии микрочастиц.

3) ;

Нормативные условия – условия, при которых основные параметры состояния газа принимают следующие значения.

Основные параметры состояния газа, связаны между собой уравнениями состояния:

Уравнения состояния идеального газа, уравнение Клапейрона – Менделеева.

- для 1 кг газа;

- для произвольного количества газа;

- для 1 кмоля;

где газовая характеристическая постоянная.

молярный объем;

молярная масса;

универсальная газовая постоянная;

Уравнение Ван-дер-Ваальса:

постоянная Ван-дер-Ваальса.

Газовые смеси

Газовая смесь – механическая смесь газов, химически между собой не взаимодействующих.

Пример: атмосферный воздух, горючий газ (азот), дымовые газы.

Масса газовой смеси равна сумме масс компонентов:

Парциальный объем, компонента газовой смеси – это объем, который имел бы данный компонент, если бы он один находился под давлением смеси и при температуре смеси.

см

1

2

3

Закон Омага согласно, которому объем газовой смеси равен сумме парциальных объемов компонентов:

Парциальное давление компонентов газовой смеси – давление, которое имел бы данный компонент, если бы он один занимал весь объем смеси, находящийся при температуре смеси:

см

1

2

3

Закон Дальтона: давление газовой смеси равна сумме парциальных давлений компонента.

Кажущаяся молярная масса смеси – условное понятие, осредненная молярная масса всех компонентов смеси.

общее количество кмолей всех компонентов смеси.

объемная доля компонента смеси;

молярная масса компонента;

-газовая постоянная смеси

Теплоемкость

Теплоемкость физического тела равна количеству теплоты, которую нужно подвести к телу, чтобы нагреть его на 1⁰.

Удельная теплоемкость – теплоемкость единицы количества вещества.

В зависимости от того, в чем выражается количество, различают удельные теплоемкости:

1.массовую

2.объемную

3.молярную

массовая

объемная

молярная

Величина теплоемкости зависит от условий нагрева.

Важное значение имеет изобарная теплоемкость, процесс идет при постоянном давлении

Изохорная теплоемкость, процесс идет при постоянном объеме

Уравнение Майера:

Физический смысл газовой постоянной: газовая постоянная равна работе, которую совершает 1 кг газа, при нагреве на 1⁰ в изобарном процессе.

Различают истинную и среднюю теплоемкости:

Истинная теплоемкость определяется на бесконечно малом интервале температуры, представляет собой производную подведенной теплоты по температуре.

Средняя теплоемкость находится для конечного интервала температур равная отношению подведенной теплоты к разности температур в начале и конце процесса:

Теплоемкость сложной системы равна сумме теплоемкостей компонентов.

Термодинамический процесс

Термодинамический процесс - процесс перехода термодинамической системы из одного состояния в другое.

Г аз в цилиндре:

… … …

… ..

Разновесным называется процесс, когда значения одноименных параметров во всех точках системы одинаковы в любой фиксированный момент времени.

В природе равновесных процессов не существует.

Термодинамический процесс:

1

p

2

v

Обратным называется термодинамический процесс, когда в прямом и обратном направлении система проходит через одинаковые состояния в обратной последовательности.

После возвращения системы в исходное состояние в точку 1, окружающая среда так же вернется в исходное состояние, иначе процесс необратим. Реальные процессы необратимы.

Основные термодинамические процессы

1. Изохорный процесс

Закон Шарля:

График изохорного процесса:

р

v

2. Изобарный процесс

Закон Гей-Люссака:

р

v

3. Изотермический процесс

Закон Бойля-Мариотта:

p теплоемкость

v

4. Адиабатный процесс – процесс идущий без теплообмена системы с

окружающей средой

(расширение газа в двигателе)

;

показатель адиабаты.

p

V

• для одноатомного идеального газа

• для двухатомного газа

• для трехатомного газа

5.Политропный процесс (постоянная теплоемкость)

показатель адиабаты

Значение показателей политропны в основных термодинамических процессах:

Внутренняя энергия и энтальпия

Энергетические характеристики, параметры:

Внутренняя энергия термодинамической системы – есть полная энергия системы за исключением кинетической энергии системы в целом и потенциальной энергии положения всей системы

Составляющие внутренней энергии:

1. совокупность кинетической энергии микрочастиц.

2. потенциальная энергия взаимодействия микрочастиц.

3. энергия электронных оболочек атомов.

4. внутриядерная энергия.

Величина внутренней энергии определяется состоянием внутренней

энергии – поэтому внутреннюю энергию называют функцией состояния.

Изменение внутренней энергии в термодинамическом процессе не зависит от пути процесса, зависит от исходного и конечного состояния системы.

Для идеального газа внутренняя энергия зависит только от температуры.

Энтальпия представляет собой сумму внутренней энергии и потенциальной энергии, внешнего давления.

Функция состояния

F

mg

P

z