Первое начало термодинамики

Первое начало термодинамики является математическим выражением закона сохранения и превращения энергии.

Первое начало термодинамики по балансу рабочего тела для 1 простого тела записывается следующим образом:

, (8)

где – удельный приведенный термодинамический теплообмен;– количество теплоты, подведенное к 1кг системы извне; – удельное количество теплоты внутреннего теплообмена в процессе 1-2,;– изменения удельной внутренней энергии и удельной энтальпии газа,;– удельная термодинамическая и потенциальная работы в обратимых процессах,;;– удельная внешняя термодинамическая работа,– удельная термодинамическая работа необратимых потерь.

Внутренняя энергия, энтальпия и энтропия 1 идеального газа вj-м состоянии согласно закону Джоуля находятся по следующим соотношениям:

; (9)

; (10)

, (11)

где ,– вторые средние изобарная и изохорная теплоемкости,;;.

Термодинамические процессы изменения состояния

Любое изменение термодинамического состояния системы называется термодинамическим процессом.

Большинство термодинамических процессов изменения состояния простых тел описывается уравнением политропы с постоянным показателем

, (12)

где n – показатель политропы, в общем случае изменяющийся в пределах .

Термодинамическая и потенциальная работы 1 газа определяются в координатахкак площади между кривой процесса и соответствующими координатами (рис. 1).

Рис. 1. Политропический процесс

Удельные термодинамическая и потенциальная работы в политропических процессах можно рассчитать по следующим соотношениям:

; (13)

, (14)

где – характеристика расширения или сжатия,

. (15)

Характеристика расширения или сжатия для идеальных газов может быть определена по формуле

. (15.а)

Количество теплоты, подводимое или отводимое от 1 кг идеального газа в политропном процессе, может быть рассчитано по следующему соотношению:

. (16)

Расчетные соотношения для определения удельных значений термодинамической и потенциальной работ и теплообмена в простейших процессах имеют следующий вид:

– изобарный процесс ()

, (17)

, (18)

; (19)

– изохорный процесс ()

, (20)

, (21)

; (22)

– изопотенциальный процесс (для идеального газа – изотермический процесс) ()

; (23)

– адиабатный процесс ()

, (24)

. (25)

Внутренняя энергия, энтальпия и энтропия являются функциями состояния. В связи с этим, изменение их значений в процессе будет определяться как разность конечного () и начального () значений

, (26)

где z – функция состояния ().