Внутренняя энергия. Изменение внутренней энергии газа в процессе теплообмена и совершенной работе. Работа в термодинамике.
Все тела состоят из молекул, которые непрерывно движутся и взаимодействуют друг с другом. Они обладают одновременно кинетической и потенциальной энергией. ти энергии и составляют внутреннюю энергию тела.
Таким образом, внутренняя энергия - это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.
Внутренняя энергия характеризует тепловое состояние тела.
Внутреннюю энергию можно изменить двумя способами:
Если работа совершается над телом, его внутренняя энергия увеличивается.
Если работу совершает само тело, его внутренняя энергия уменьшается.
Первый закон термодинамики и его применение к изопроцессам.
Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии для тепловых процессов) определяет количественное соотношение между изменением внутренней энергии системы дельта U, количеством теплоты Q, подведенным к ней, и суммарной работой внешних сил A, действующих на систему.
Первый закон термодинамики:
Изменение внутренней энергии системы при ее переходе из одного состояния в другое равно сумме количества теплоты, подведенного к системе извне, и работы внешних сил, действующих на нее:
Частные случаи первого закона термодинамики для изопроцессов
При изохорном процессе объем газа остается постоянным, поэтому газ не совершает работу. Изменение внутренней энергии газа происходит благодаря теплообмену с окружающими телами:
При изотермическом процессе количество теплоты, переданное газу от нагревателя, полностью расходуется на совершение работы:
При изобарном расширении газа подведенное к нему количество теплоты расходуется как на увеличение его внутренней энергии и на совершение работы газом:
Адиабатный процесс - термодинамический процесс в теплоизолированной системе.
Теплоизолированная система - система, не обменивающаяся энергией с окружающими телами.
Тепловые двигатели. Виды тепловых двигателей. Кпд теплового двигателя и охрана окружающей среды.
Тепловой двигатель — устройство, совершающее работу за счет использования энергии топлива; тепловая машина, превращающая тепло в механическую энергию, использует зависимость теплового расширения вещества от температуры. Действие теплового двигателя подчиняется законам термодинамики. Для работы необходимо создать разность давлений по обе стороны поршня двигателя или лопастей турбины. Для работы двигателя обязательно наличие топлива. Это возможно при нагревании рабочего тела (газа), который совершает работу за счёт изменения своей внутренней энергии. Повышение и понижение температуры осуществляется, соответственно, нагревателем и охлаждением.
Работа, совершаемая двигателем, равна:
A=lQHl-lQxl, где QH — количество теплоты, полученное от нагревателя, Qx — количество теплоты, отданное охладителю.
Виды тепловых двигателей:
Современная техника использует три типа тепловых машин: поршневые, турбинные и реактивные. Газовые турбины позволяют получать большие мощности при сравнительно небольших размерах. Они широко используются в авиации, корабельных установках, на железнодорожном транспорте и постепенно внедряются на теплоэлектростанциях.
Поршневые двигатели также разделяются на три группы: на двигатели, которые работают по циклу Отто (карбюраторные), циклу Дизеля (дизельные) и по циклу Тринклера с использованием форсунки.
Каждый из этих видов двигателей имеет свои положительные и отрицательные качества. Дизельные двигатели, например, имеют высокий коэффициент полезного действия и большую мощность по сравнению с карбюраторным двигателем.
Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя рассчитывается как отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:
