3. Основные функции состояния газа (внутренняя энергия, энтальпия и энтропия газа).

В технической термодинамике под величиной внутренней энергии понимают запас энергии в теле, обусловленной тепловым (хаотическим) движением молекул. Внутренняя энергия является экстенсивным свойством газа, то есть зависит от его массы. Каждому состоянию газа

соответствует одно и только одно значение внутренней энергии. Это означает, что внутренняя энергия представляет собой однозначную функцию состояния или, иначе, однозначную функцию любых двух независимых параметров, определяющих это состояние.

Поэтому изменение внутренней энергии в каком-либо процессе не

зависит от характера процесса, а однозначно определяется заданными начальным и конечным состояниями газа:Δu = u2-u1,

где – u1- значение внутренней энергии в начальном состоянии, Дж/кг; u2

– значение внутренней энергии в конечном состоянии, Дж/кг.

Наряду с внутренней энергией важную роль в основах технической

термодинамики играет величина i= u + pV, называемая энтальпией газа. Будучи составленной из функций состояния, энтальпия сама является

функцией состояния. Энтальпия в общем случае представляет собой чисто

математическую величину и приобретает конкретный физический смысллишь применительно к процессам, протекающим в газовом потоке. Тогда при температуре Т (или t ) энтальпия газа i , Дж/кг, численно равна количеству теплоты, которое подведено к газу в процессе нагревания его от 0 К(или от 0°С) до температуры Т (или t ) при постоянном давлении.

Величина энтропии характеризует тепловое состояние системы и определяет вероятность осуществления данного состояния тела. Чем более вероятно данное состояния, тем больше энтропия Все естественные процессы сопровождаются ростом энтропии. Энтропия остается постоянной только в случае идеализированного обратимого процесса, происходящего в замкнутой системе, то есть в системе, в которой не происходит обмен энергией с внешними по отношению к этой системе телами.

             Энтропия и ее термодинамический смысл:

              Энтропия – это такая функция состояния системы, бесконечно малое изменение которой в обратимом процессе равно отношению бесконечно малого количества теплоты, введенного в этом процессе, к температуре, при которой оно вводилось.

4. Основные понятия и определения процесса обмена теплотой.

Теория теплообмена – это наука о процессах переноса теплоты. С теплообменом связаны многие явления, наблюдаемые в природе и

технике. Ряд важных вопросов проектирования и строительства зданий и

сооружений решается на основе теории теплообмена или некоторых ее по-

ложений.

Теплообмен представляет собой сложный процесс, который можно

расчленить на ряд простых процессов. Различают три элементарных прин-ципиально отличных один от другого процесса теплообмена – теплопро-

водность, конвекцию и тепловое излучение.

Количество теплоты, переносимой в единицу времени при любом

виде теплообмена, называется тепловым потоком Q .Отношение теплового потока Q к единице площади F , м2, называется поверхностной плотностью теплового потока q , Вт/м2: q= Q/F .

Процесс теплопроводности происходит при непосредственном соприкосновении (соударении) частиц вещества (молекул, атомов и свободных электронов), сопровождающемся обменом энергии и их теплового движения. Такой процесс теплообмена может происходить в любых телах, но механизм переноса теплоты зависит от агрегатного состояния тела. Теплопроводность жидких и газообразных тел незначительна. Твердые тела обладают разной теплопроводностью. Тела с

малой теплопроводностью называют теплоизоляционными. Основным законом теплопроводности, устанавливающим прямую пропорциональность между поверхностной плотностью теплового потока и температурным градиентом, является закон Фурье:

Процесс конвекции происходит лишь в жидкостях и представляет собой перенос теплоты в результате перемещения и перемешивания частиц жидкости или газа. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью.

Процесс теплового излучения состоит в переносе теплоты от одного тела к другому электромагнитными волнами, возникающими в результате сложных молекулярных и атомных возмущений. Теплообмен излучением может происходить между телами, находящимися на большом расстоянии одно от другого (например, излучение Солнца на Землю). В технике теплообмен излучением имеет место в котлах, в системе отопления зданий, в сушильных агрегатах и т.п.

В теплотехнике часто тепловой поток от одной жидкости (или газа) к другой передается через стенку. Такой суммарный процесс теплообмена, в котором теплоотдача соприкосновением является необходимой составной частью, называется теплопередачей.