1. Занятие № 1: Анализ основных термодинамических процессов и термодинамических циклов двс

Цель и задачи занятия - формирование у студентов знаний и умений применения теоретических основ термодинамики для практического проведения расчетов.

Количество часов, отводимых на занятие – 8 часов.

1.1. Краткие теоретические сведения

1.1.1. Основные понятия и определения

Термодинамическая система- тело или совокупность тел, полностью характеризующихся некоторым набором значений макроскопических параметров.

Термодинамические параметры - физические величины, характеризующие макроскопическое состояние тел. К ним относятся температураТ, давлениер, объемV.

Температура (t,⁰С;Т, К)термодинамический параметр характеризующий степень нагретости тел.

Объем (V, м³),удельный объем (v, м³/кг),молярный объем(v^мол, м³/моль)соответственно, объем всего тела, объем, приходящийся на единицу массы или на один моль вещества.

Давление (р, Н/м², Па)термодинамический параметр, характеризующий суммарное импульсное воздействие частиц тела на ограничивающую его поверхность.

Равновесное состояние системы это, как правило, установившееся состояние системы, которое характеризуется определенным набором численных значений термодинамических параметров. Равновесное состояние системы характеризуется уравнением состояния(р, Т, V) = 0.

Уравнение состояния системыфункциональная связь между термодинамическими параметрами системы, находящейся в равновесии:р=(Т,V);Т=f(р,V) илиV=(Т,р).

Идеальный газ газ, молекулы которого не обладают взаимным притяжением и взаимодействуют между собой соударяясь как абсолютно упругие тела. Реальные газы при сравнительно небольших избыточных давлениях (до 1010⁵Па) разрежены и близки по свойствам к идеальным.

Уравнение состояния идеальных газов.В равновесных состояниях термодинамические параметры идеального газа взаимосвязаны уравнением, известным как уравнение Менделеева-Клапейрона (объединенный газовый закон):

, (1.1)

где nколичество киломолей газа,

Ммасса газа (кг),

μ молярная масса газа (кг/кмоль),

Rуниверсальная газовая постоянная,R= 8314 Дж/(кмоль·К).

Внутренняя энергия системы (U, Дж)совокупность всех видов энергии в веществах системы, которая является функцией состояния системы. Внутренняя энергия идеального газа зависит только лишь от температуры и обусловлена его кинетической энергией, которая для одного моля равна:

U = (3/2)RТ для одноатомных газов (1.2)

U = (5/2)RТ для двухатомных газов (1.3)

Равновесный термодинамический процесспроцесс воздействия на систему, при котором изменение состояний системы проходит через равновесные состояния, в которых термодинамические параметры взаимосвязаны уравнением состояния.

Теплота процесса (Q, Дж)количество энергии, переданной в процессе в микроскопической форме без заметных механических перемещений тел.

Работа процесса (L, Дж)количество энергии, переданной в процессе в макроскопической форме при заметных механических перемещениях тел.

Первый закон термодинамики  закон сохранения энергии в процессах с участием теплоты.Теплота, подведенная к системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и совершение работы:

Q=U+L(в интегральной форме), (1.4)

Q=dU+L(в дифференциальной форме) (1.5)

Теплота и работа процесса зависят от пути его проведения и не являются функциями состояния системы.

Система знаков величин теплоты и работы.

Теплота, подводимаяк термодинамической системе от окружающей средыположительная величина.Наоборот, теплота, отданная системой в окружающуюсредуотрицательна.

Работа, совершаемаярасширяющейсясистемой  положительна. Работа, сжатия(ее совершает окружающая среда)отрицательна.

В дальнейшем изложении расчетные формулы приведены в алгебраической форме, а отрицательность или положительность величин проявляется при подстановке в формулы значений конкретных величин.

Теплоемкость - характеризует свойство тел принимать (отдавать) определенное количество тепла и увеличивать (уменьшать) при этом свою температуру.

Удельная изохорная теплоемкость (с_v, Дж/(кг^.К))количество теплоты, необходимое для изменения температуры одного килограмма вещества на один градус в изохорическом процессе.

Молярная изохорная теплоемкость(с_v, кДж/(кмоль^.К))количество теплоты, необходимое для изменения температуры одного киломоля вещества на один градус в изохорическом процессе.

Удельная изобарная теплоемкость (с_р, кДж/(кг^.К))количество теплоты, необходимое для нагрева одного килограмма вещества на один градус в изобарическом процессе.

Молярная изобарная теплоемкость (с_р, кДж/(кмоль^.К))количество теплоты, необходимое для нагрева одного киломоля вещества на один градус в изобарическом процессе.

Теплоемкости взаимосвязаны выражением

с_v = (1/μ)с_vис_р= (1/μ)с_р. (1.6)

Уравнение Роберта-Майера - выражает взаимосвязь между изобарной и изохорной теплоемкостями идеального газа:

с_р-с_v=Rис_р-с_v=R₀, (1.7)

где R₀= (1/μ)R.