Міністерство освіти і науки України

Запорізька державна інженерна академія

О.І. Чепрасов

ТЕРМОДИНАМІКА І ТЕПЛОТЕХНІКА

Методичні вказівки

до виконання контрольних робіт

для студентів ЗГИА

спеціальності 7.092501 «Автоматизоване

управління технологічними процесами»

денної і заочної форми навчання

Запоріжжя

2005

Міністерство освіти і науки України

Запорізька державна інженерна академія

О.І. Чепрасов

ТЕРМОДИНАМІКА І ТЕПЛОТЕХНІКА

Методичні вказівки

до виконання контрольних робіт

для студентів ЗГИА

спеціальності 7.092501 «Автоматизоване

управління технологічними процесами»

денної і заочної форми навчання

Рекомендовано до видання

на засіданні кафедри теплоенергетики

протокол № ___ від 24.11.05 р.

Термодинаміка і теплотехніка. Методичні вказівки до виконання контрольних робіт для студентів спеціальності 7.090510 «Автоматизоване управління технологічними процесами» денної і заочної форми навчання / Укл.: О.І. Чепрасов.- Запоріжжя, ЗДІА, 2005.– 21 с.

Укладач: О.І. Чепрасов – професор, к.т.н.

Відповідальний за випуск : зав. кафедрою теплоенергетики

д.т.н., доцент І.Г. Яковлєва

ЗМІСТ

ВСТУП 5

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ 6

1. Основні параметри термодинамічної системи 6

2. Рівняння стану ідеального газу 7

3. Склад суміші газів 8

4. Питома теплоємність газів 9

5. Основні термодинамічні процеси 10

6. Ізохорний процес 11

7. Ізобарний процес 12

8. Ізотермічний процес 13

9. Адіабатний процес 14

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ВИКОНАННЯ КОНТРОЛЬНОЇ РОБОТИ 15

Перелік ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ 18

Додаток А. Приклад виконання розрахунків 20

Додаток Б. Вихідні дані для вирішення задач 20

Додаток В. Середні питомі масові теплоємності газів 21

ВСПУП

Дані методичні вказівки до виконання контрольних робіт по курсу «Термодинаміка і теплотехніка» містять завдання, запропоновані студентам для вирішення з метою придбання практичних навиків і закріплення основних положень лекційного курсу. Задачі охоплюють наступні розділи: параметри стану робочого тіла і системи одиниць, рівняння стану газу, газові суміші, теплоємність, основні процеси в газах, теплота, робота, внутрішня енергія, ентальпія, ентропія, зображення основних термодинамічних процесів в координатах р- (тиск – питомий об'єм) і T-s (температура – ентропія).

Чисельні значення величин, використаних в завданнях, студенти вибирають з таблиці вихідних даних (Додаток Б) відповідно до заданого викладачем варіанту.

При оформленні контрольних робіт обчислення необхідно представити в розгорненому вигляді. Слід звернути особливу увагу на розмірність величин, що використовуються. Результати необхідно надавити в Міжнародній системі одиниць SI. На малюнках при зображенні термодинамічних процесів необхідно вибрати зручний масштаб, відзначити початок і кінець процесу, вказати напрям процесу.

Теоретичні відомості

1 Основні параметри термодинамічної системи

Властивості кожної термодинамічної системи характеризуються величинами, які прийнято називати термодинамічними параметрами. Основними параметрами системи є тиск, температура і питомий об'єм.

Тиск чисельно дорівнює силі, яка діє на одиницю площі поверхні тіла по нормалі.

Параметром стану термодинамічної системи є повний чи абсолютний тиск р.

В Міжнародній системі одиниць (SI) тиск виражається в паскалях

1 Па = 1 Н/м².

Оскільки ця одиниця мала, зручніше використовувати

1 кПа = 10³ Па;

1 МПа = 10⁶ Па.

На практиці використовуються такі позасистемні одиниці тиску, що допускаються до тимчасового застосування

1 мм рт.ст. = 133,32 Па;

1 мм вод.ст. = 9,81 Па;

1 бар = 10⁵ Па = 0,1 МПа;

1 ат = 9,81·10⁴ Па.

Повний або абсолютний тиск р визначається із таких співвідношень:

р = р_б + р_и;

р = р_б - р_в,

де р_и – надлишковий або манометричний тиск;

р_в – вакуумметричний тиск або розрідження;

р_б – барометричний або атмосферний тиск.

Температура – фізична величина, що характеризує стан термодинамічної рівноваги системи. Температура всіх частин ізольованої рівноважної системи однакова. Більш високу температуру мають ті тіла, у яких середня кінетична енергія атомів і молекул вище. В нашій країні використовуються дві температурні шкали: термодинамічна або абсолютна температура (шкала Кельвіна) і практична температура (шкала Цельсія). Температура термодинамічна або абсолютна позначається Т, вимірюється в кельвінах [К], а практична або емпірична температура позначається t, вимірюється в градусах Цельсія [^○С]. Ціна розподілу двох температурних шкал однакова, тому

1 К= 1 ^оС.

Параметром стану термодинамічної системи є тільки абсолютна, термодинамічна температура Т.

Співвідношення між абсолютною температурою Т і практичною температурою t мають наступний вигляд:

Т = t + 273,15 К;

t = Т - 273,15 ^оС.

Питомий об'єм - це об'єм, який займає одиниця маси речовини, м³/кг:

,

де V – об'єм речовини, м³;

M – маса речовини, кг.

На практиці широко використовується поняття густина речовини. Густина – величина, що є зворотною питомому об'єму, кг/м³:

,

.

Для порівняння величин в однакових станах вводять поняття "нормальні фізичні умови":

тиск р₀ = 101,325 кПа;

температура Т₀ = 273,15 К ( t₀ = 0 ^оС).

Якщо відома маса кіломоля газу μ, то густина газу ₀ за нормальних умов може бути визначена по формулі, кг/м³:

= .