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 1
кг
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 в j-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 координатах
как 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 (
).