4. Содержание дисциплины

4.1. Основные понятия и определения термодинамики

Предмет технической термодинамики и ее метод. Термодинамическая система. Основные параметры состояния. Равновесное и неравновесное состояния. Уравнения состояния. Термическое и калориметрическое уравнения состояния. Теплота и работа как формы передачи энергии. Термодинамический процесс. Равновесные и неравновесные процессы. Обратимые и необратимые процессы (циклы).

Уравнение состояния смеси идеальных газов. Реальные газы. Смеси, соотношения между массовыми и объемными долями. Вычисления параметров состояния смеси, определение кажущейся молекулярной массы и газовой постоянной смеси, определение парциальных давлений компонентов.

Теплоемкость. Массовая, объемная, молярная теплоемкости. Теплоемкость при постоянном объеме и давлении. Зависимость теплоемкости от температуры и давления. Формулы и таблицы для определения теплоемкостей. Теплоемкость смеси рабочих тел.

Литература: [1], с.5-32, 63-74; [2], с. 3-74; [3], с. 6 -16; [4], с. 5-36.

Методические указания

Материалы этой темы представляют собой комплекс понятий и определений, на базе которых излагаются последующие темы, поэтому студенты должны хорошо усвоить эти понятия и определения.

Вопросы для самопроверки

1. Перечислите параметры, которыми характеризуется состояние рабочего тела или вещества.

2. Что понимается под термодинамической системой?

3. Что представляет собой равновесное и неравновесное состояния термодинамической системы?

4. Что такое "неравновесный процесс"?

5. Расшифруйте понятия "равновесный процесс", "неравновесный процесс".

6. Дайте определения обратимых и необратимых процессов.

7. Каковы условия обратимости процессов?

4.2. Первый закон термодинамики

Сущность первого закона термодинамики. Формулировка первого закона термодинамики. Аналитическое выражение первого закона термодинамики. Определение работы и теплоты через термодинамические параметры состояния (v, P, T ). Внутренняя энергия. Энтальпия, энтропия, vP- и sT-диаграммы. Уравнение первого закона термодинамики для потока.

Литература: [1], гл. 5; [3], гл. II; [4], гл.2.

Методические указания

При изучении этой темы следует обратить внимание на принципиальные различия между внутренней энергией как функцией состояния газа и теплотой и работой как функциями процесса. Необходимо уяснить, что энергетические изменения, происходящие в термодинамической системе, определяют по изменению параметров рабочего тела, которое является объектом анализа.

В этой теме рассматривается функция (параметр) состояния, называемая энтропией. Этот параметр служит только для упрощения термодинамических расчетов, а главное позволяет определить теплоту, участвующую в процессе по sT - диаграмме. Необходимо понять, почему для всех процессов протекающих в идеальном газе, всегда du=c_vdT, а di=c_pdT.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое внутренняя энергия? Дайте определение.

2. Дайте формулировку теплоты и работы процесса.

3. Что такое энтальпия и энтропия?

4. В чем разница между функцией состояния и функцией процесса? Приведите примеры этих функций.

5. Когда теплота, работа и изменение внутренней энергии считаются положительными, когда - отрицательными?

6. В чем отличие понятий "истинная" и "средняя" теплоемкости?

7. Какие теплоемкости вам известны?

8. Как вычислить теплоемкость смеси идеальных газов?

9. Каков физический смысл газовой постоянной?

10. В чем физический смысл уравнения Майера?

11. Как вычислить изменения энтропии идеального газа?