Контрольная работа по курсу «Термодинамика»
Введение
Предлагаемое пособие предназначено для самостоятельной работы студентов-заочников. В нем приведены краткие теоретические сведения по дисциплине «Термодинамика и теплопередача», задачи, имеющие достаточное число вариантов и примеры решения типовых задач. Задание исходных данных по вариантам в соответствии с учебным шифром студента обеспечивает максимальную самостоятельность его при выполнении контрольных заданий. Примеры решения типовых задач сопровождаются подробными комментариями и методическими рекомендациями, что способствует развитию у студентов необходимых навыков для решения задач, проведения вычислений и оформления расчетов.
Общие методические указания
Контрольные задачи составлены по стовариантной системе, в которой к каждой задаче исходные данные выбираются по последним цифрам шифра и сумме цифр шифра студента. Вариант работы должен соответствовать номеру и шифру студента. Работы, выполненные не по своему варианту, не рассматриваются.
При выполнении контрольных задач необходимо соблюдать следующие условия:
а) записывать полностью условие задачи и исходные данные;
б) решение задач сопровождать пояснительным текстом, в котором указывается, какая величина определяется и по какой формуле, какие величины подставляются в формулу и откуда они берутся (из условия задач, из справочных таблиц, или были определены ранее в задаче):
в) решение проводить в системе СИ;
г) необходимые справочные данные при решении задач брать из предлагаемой литературы; после решения задач нужно дать краткий анализ полученных результатов сделать выводы;
д) привести список используемой литературы;
е) контрольную работу выполнить в отдельной тетради и оставлять чистые поля, для замечаний рецензента;
ж) исправления по замечаниям записываются на чистых листах в той же тетради.
Основные формулы
1. Давление:
(1)
или
(1а),
где
– абсолютное давление;
– избыточное давление;
-
атмосферное давление;
- величина ваккума (разрежение).
2. Температура:
T(K)=t
+ 273,15;
t°(F)= 1,8∙t + 32; (2)
t°(R)=0,8∙t ;
t°(Ra)=1,8(t + 273,15),
где T(K) – термодинамическая (абсолютная) температура по шкале Кельвина(К); t - температура по шкале Цельсия( ); t°(F) – температура по шкале Фаренгейта(°F); t°(R) – температура по шкале Реомюра(°R); t°(Rа) – температура по шкале Ренкина(°Rа).
3. Удельный объем:
, (3)
где m – масса тела; V – его объем.
4. Плотность:
(4)
5. Уравнение состояние идеального газа:
(5)
где
R= 8,31451
– универсальная газовая постоянная;
R – удельная газовая
постоянная.
Последнее уравнение (5) можно переписать в форме:
(5а)
6. Изотермический процесс (T=const):
(6)
(6а)
7.Изобарный процесс (P=const):
(7)
или
(7а)
8. Изохорный процесс (V=const,
=const):
(8)
9. Адиабатный процесс (Q=0) подчиняется уравнению Пуассона:
(9)
где k – показатель адиабат.
10. Первый закон термодинамики:
Q=ΔU+L, (10)
где Q – количество теплоты, подведенное или отданное от термодинамической системы; ΔU=U2 - U1 - изменение внутренней энергии (U1, U2 - внутренняя энергия в начале и в конце процесса); L – работа, совершенная системой над внешними телами (L>0) или совершенная над системой (L<0).
Первый закон термодинамики в дифференциальной форме:
(10a)
или
(10б)
11. Закон Дальтона для смеси идеальных газов:
,
(11)
где
– парциальное давление i-го
газа; P – давление
смеси газов. Парциальное давление
каждого газа можно найти с помощью его
объемной доли (
)
в смеси:
(11а)
12. Уравнение Ван-дер-Ваальса для реальных газов:
(12)
где a, b – виральные коэффициенты.
13. Изотермический коэффициент сжатия:
(13)
14. Коэффициент термического расширения:
(14)
15. Термический коэффициент давления (коэффициент тепловой упругости):
(15)
или
(15а)
Для идеальных газов
(15б)
16. Энтальпия термодинамической системы:
(16)
Удельная энтальпия (энтальпия, отнесенная к 1 кг.)
(16а)
где u –удельная внутренняя энергия.
Удельная теплота q при постоянном давлении равна изменению удельной энтальпии в процессе:
(16б)
17. Теплоемкость тела:
(17)
18. Удельная теплоемкость вещества:
(18)
19. Молярная теплоемкость вещества:
(19)
20. Средняя теплоемкость:
(20)
21. Теплоемкость при постоянном объеме (изохорная теплоемкость):
(21)
22. Теплоемкость при постоянном давлении (изобарная теплоемкость):
(22)
23. Уравнение Майера:
(23)
24. Показатель адиабаты:
, (24)
где i – число степенней свободы.
25. Уравнение политропы:
, (25)
или
, (25а)
где n –показатель политропы.
26. Теплоемкость в политропном процессе (с=const):
(26)
27. Для обратного адиабатного процесса
(
):
(27)
откуда S=const, (27а)
где S – энтропия системы.
28. Изменение энтропии в общем случае:
(28)
29. Второй закон термодинамики (неравенство Клаузиуса):
(29)
30. Термический КПД теплого двигателя:
, (30)
где
-
количество теплоты, подводимое к
рабочему телу; 
-
количество теплоты, отведенное от
рабочего тела.
31. Термический КПД цикла Карно:
(31)
32. Основные параметры цикла двигателя внутреннего сгорания (ДВС):
а) степень сжатия: 
; (32а)
б) степень повышения давления (изохорный подвод тепла)
; (32б)
в) степень изобарного расширения (степень предварительного расширения)
. (32в)
33. Термический КПД цикла ДВС:
а) цикл с подводом тепла при V=const (цикл Отто)
(33а)
б) цикл с подводом тепла при P=const (цикл Дизеля)
(33б)
в) цикл со смешанным подводом тепла V=const и P=const (цикл Тринклера)
(33в)
34. Индикаторная мощность ДВС:
(34)
где
n – число оборотов
коленчатого вала; 
- число тактов двигателя; 
-
рабочий объем;
- индикаторное давление; Z
– число цилиндров двигателя.
35. Эффективная мощность ДВС:
, (35)
где
- механический КПД двигателя.
36. Индикатор КПД ДВС:
, (36)
где
B – расход топлива;
- низшая теплота сгорания топлива.
37. Уравнение теплопроводности:
, (37)
где
Q – количество теплоты,
проходящее через твердую стенку;
,
- температуры передней и задней
поверхности стенки соответственно;
- толщина стенки; F –
площадь поверхности стенки;
- время; 
- коэффициент теплопроводности стенки.
38. Плотность теплового потока:
(38)
39. Термическое сопротивление стенки:
(39)
Для многослойной стенки
(39а)
40. Уравнение теплообмена между твердой стенкой и жидкостью (газом):
, (40)
где
- коэффициент теплоотдачи; 
- температура жидкости (газа).
41. Теплообмен от одной жидкости (газа) к другой через твердую стенку:
(41)
где
k – коэффициент
теплопередачи: 
(41а)
где
и
- термические сопротивления веществ
перед и за стенкой; 
- термическое сопротивление самой
стенки.
42. Плотность теплового потока для теплопередачи вещества:
. (42)