18)Основные термодинамические процессы идеальных газов. Политропный процесс.

Ответ: Условились всякий процесс идеального газа, в котором теплоемкость является постоянной величиной, называть политропным процессом, а линию процесса – политропой.

Они протекают при постоянной теплоемкости. Показатель политропы n принимает для каждого процесса определенное числовое значение. Для основных процессов: изохорных n= изобарных n=0, изотермических n=1 и адиабатных n=k. Поскольку уравнение политропы отличается от уравнения адиабаты только величиной показателя n, то, очевидно, все соотношения между основными параметрами могут быть представлены формулами, аналогичными адиабатному процессу: Уравнение удельной работы изменения объема, совершаемой телом при политропном процессе, имеет аналогичный вид с уравнением работы в адиабатном процессе, т. е. Для конечного изменения состояния

19)Кипящая жидкость и сухой насыщенный пар. Влажный пар. Сухость пара. Теплота фазовых переходов

Ответ: Одним из распространенным рабочим телом в паровых турбинах, паровых машинах, в атомных установках, теплоносителем в различных теплообменниках является водяной пар.

Парообразование – процесс превращения вещества из жидкого состояния в парообразное, протекающий при температуре насыщения (кипения). Испарение – парообразование, происходящее всегда при любой температуре с поверхности жидкости. При некоторой определенной температуре, зависящей от природы жидкости и давления, под которым она находится, начинается парообразование во всей массе жидкости. Этот процесс называется кипением. Обратный процесс парообразования называется конденсацией. Она также протекает при постоянной температуре. При испарении жидкости в ограниченном пространстве (в паровых котлах) одновременно происходит обратное явление – конденсация пара. Если скорость конденсации станет равной скорости испарения, то наступает динамическое равновесие. Пар в этом случае имеет максимальную плотность и называется насыщенным паром. Если температура пара выше температуры насыщенного пара того же давления, то такой пар называется перегретым. Разность между температурой перегретого пара и температурой насыщенного пара того же давления называется степенью перегрева. Так как удельный объем перегретого пара больше удельного объема насыщенного пара, то плотность перегретого пара меньше плотности насыщенного пара. Поэтому перегретый пар является ненасыщенным паром. В момент испарения последней капли жидкости в ограниченном пространстве без изменения температуры и давления образуется сухой насыщенный пар. Состояние такого пара определяется одним параметром − давлением. Механическая смесь сухого и мельчайших капелек кипящей жидкости называется влажным насыщенным паром. Массовая доля сухого пара во влажном паре называется степенью сухости – x. где − масса сухого пара во влажном; − масса влажного пара. Фазовая – диаграмма системы, состоящей из жидкости и пара, представляет собой график зависимости удельных объемов воды и пара от давления.

Пусть вода при температуре 0 °С и некотором давлении p занимает удельный объем Вся кривая АЕ выражает зависимость удельного объема воды от давления при температуре 0 °С. Так как вода – вещество почти несжимаемое, то кривая АЕ почти параллельна оси ординат. Если при постоянном давлении сообщать воде теплоту, то ее температура будет повышаться и удельный объем увеличиваться. При некоторой температуре t_s вода закипает, а ее удельный объем в точке достигнет при данном давлении максимального значения. С увеличением давления растет температура кипящей жидкости и объем также увеличивается. График зависимости от давления представлен на рис. 4.17.1 кривой АК, которая называется пограничной кривой жидкости. Характеристикой кривой АК является степень сухости x=0. В случае дальнейшего подвода теплоты при постоянном давлении начнется процесс парообразования. При этом количества воды уменьшается, количество пара увеличивается. В момент окончания парообразования в точке пар будет сухим насыщенным. Удельный объем сухого насыщенного пара обозначается Если процесс парообразования протекает при постоянном давлении, то температура его не изменяется и процесс А' В' является одновременно, изобарным и изотермическим. В точках А' и В' вещество находится в однофазном состоянии. В промежуточных точках вещество состоит из смеси воды и пара. Такую смесь тел называют двухфазной системой.

График зависимости удельного объема от давления представлен на рис. 4.17.1 кривой KB, которая называется пограничной кривой пара. Характеристикой кривой KB является степень сухости x=1. Точка А соответствует состоянию кипящей жидкости в тройной точке а изобара АВ соответствует состояниям равновесия всех трех фаз (тройная точка на P-T – диаграмме). Эта изобара при выбранном масштабе изображения кривых практически совпадает с осью абсцисс. Если к сухому насыщенному пару подводить теплоту при по- стоянном давлении, то температура и объем его будут увеличиваться и пар из сухого насыщенного перейдет в перегретый (точка D). Обе кривые АК и KB делят диаграмму на три части. Влево от пограничной кривой жидкости АК до нулевой изотермы располагается область жидкости. Между кривыми АК и KB располагается двухфазная система, состоящая из смеси воды и сухого пара. Вправо от KB и вверх от точки К располагается область перегретого пара или газообразного состояния тела. Обе кривые АК и KB сходятся в одной точке К, которая называется критической точкой. Критическая точка является конечной точкой фазового перехода жидкость — пар, начинающегося в тройной точке. Выше критической точки существование вещества в двухфазном состоянии невозможно. Никаким давлением нельзя перевести газ в жидкое состояние при температурах выше критической. Параметры критической точки для воды: Область, заключенная между изотермой воды при температуре 0 °С (линия АЕ) и осью ординат, представляет собой область равновесного сосуществования жидкой и твердой фаз.