1. Уравнение состояния идеального газа для 1 кг и 1 кмоля.

Идеальный газ – это воображаемый газ, массы и объёмы молекул, которых равны нулю.

где p – давление [н/м²]

v – удельный объём [м³/кг]

R – газовая постоянная [287 дж/кг*град]

T – абсолютная температура [°К]

где G – масса [кг]

V – объём [м³]

Количество вещества по массе в килограммах, численно равное молекулярному весу µ данного вещества называется килограмм-молекулой или молем.

где V_µ - объём моля любого газа [22,4 м³/моль]

R₀ – универсальная газовая постоянная [8314 дж/моль*град]

2. Основные виды теплоёмкости газов

Удельная теплоёмкость численно равна количеству теплоты которую необходимо сообщить рабочему телу, чтобы температура его какой-либо количественной единицы изменилась на 1°С

1. на 1 моль – мольная µс [кДж/моль*К]

2. на 1 кг – весовая (массовая) с [кДж/кг*К]

3. на 1 нм³ – объёмная с’ [кДж/нм³*К]

где р_н – нормальное давление

Теплоёмкости бывают истинные (для одной температуры) и средние (для интервала температур). Теплоёмкость зависит от характера процесса и свойств газа. Теплоёмкость при р=const – изобарная (с_р), а при V=const – изохорная (c_v).

3. Уравнение первого закона термодинамики для закрытой системы.

Первый закон термодинамики для закрытой системы

где U₁ и U₂ – внутренняя энергия в начальном и конечном состоянии.

4. Составить общее математическое выражение работы расширения.

Площадь области m12n представляет собой графическое выражение работы обратимого процесса и равна ей по знаку и величине.

5. Что представляет собой внутренняя энергия и записать формулу для 1 кг вещества.

Внутренняя энергия U, обусловленная термическим состоянием системы, представляет собой сумму кинетической энергии поступательного и вращательного движения молекул, энергии колебания атомов в молекуле, а так же потенциальной энергии взаимодействии масс молекул (потенциальной энергии давления).

[Дж]

где R- универсальная газовая постоянная [8314 Дж/моль*К]

M – молярная масса

k – коэффициент атомности газа [3/2, 5/2, 7/2]

6. Что выражает собой изменение внутренней энергии в изохорном и адиабатном процессах согласно 1-з. Термодинамики?

1-з.: Изменение внутренней энергии U неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты Q, переданной системе, и работой A, совершённой системой над внешними телами. ΔU = Q – A или Q = ΔU + A: Количество теплоты, полученной системой, идёт на изменение её внутренней энергии и совершение работы над внешними телами.

Изохорный: V = const, т. е. газ работы не совершает, а работа А = 0. Q = ΔU = U (T2) – U (T1), где U (T2) – U (T1) разность начального и конечного состояния газа. Она зависит только от температуры (закон Джоуля). При изохорном нагревании тепло поглощается газом (Q > 0), и его внутренняя энергия увеличивается. При охлаждении тепло отдаётся внешним телам (Q > 0).

Адиабатный: Q = 0. A = –ΔU. Газ совершает работу за счёт убыли его внутренней энергии.

При адиабатном расширении газ совершает положительную работу (A > 0), поэтому его внутренняя энергия уменьшается (ΔU < 0). Это приводит к понижению температуры газа. Вследствие этого давление газа при адиабатном расширении убывает быстрее, чем при изотермическом.

Семейства изотерм (красные кривые) и адиабат (синие кривые) идеального газа.

Уравнение адиабатического процесса для идеального газа: pV^γ = const.

7. Что называется открытой термодинамической системой. Записать уравнение первого закона термодинамики для неё. Объяснить, что представляют собой отдельные члены уравнения для идеального газа при обратимых процессах.

Открытая ТД-система обменивается с внешней средой энергией и теплом.

Уравнение 1-з.: ΔU = ΔQ – ΔA + ΔEm

Уравнение идеального газа при обратимых процессах: PV=RT, где P — давление, V — молярный объём, R — универсальная газовая постоянная, T — абсолютная температура, К.

8. Что называется располагаемой работой процесса и из чего она складывается?

9. Дать общее математическое выражение и графическое изображение располагаемой работы: указать, когда она имеет положительный и отрицательный знак.

Располагаемая работа - это работа, которая может быть совершена только в открытой системе, и её не следует смешивать с работой расширения газа (ΔL = рdV), совершаемой в закрытой системе. Количества этих работ по-разному выражаются через параметры состояния и представляются разными площадями в р-V-диаграмме.

10. Энтальпия. Математическое выражение, размерность и физическая сущность.

Энтальпия — термодинамический потенциал, характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии при выборе в качестве независимых переменных давления, энтропии и числа частиц. ИЛИ: Энтальпия — это однозначная функция H состояния термодинамической системы при независимых параметрах энтропии S и давлении P, которая связана с внутренней энергией U соотношением:

Уравение: H = U + PV. Размерность: кДж или кДж/моль

Смысл: Таким образом, энтальпия в данном состоянии представляет собой сумму внутренней энергии тела и работы, которую необходимо затратить, чтобы тело объёмом V ввести в окружающую среду, имеющую давление р и находящуюся с телом в равновесном состоянии. Энтальпия системы H — аналогично внутренней энергии и другим термодинамическим потенциалам — имеет вполне определенное значение для каждого состояния, то есть является функцией состояния.