Первый закон термодинамики. Первый закон термодинамики является частным случаем общего закона сохранения и превращения энергии применительно к тепловым процессам
Первый закон термодинамики является частным случаем общего закона сохранения и превращения энергии применительно к тепловым процессам, протекающим в термодинамических системах, как изолированных, так и неизолированных от окружающей среды.
Если к рабочему телу подводится некоторое количество тепла, то оно расходуется на увеличение внутренней энергии самого рабочего тела и на совершение работы. Первый закон термодинамики устанавливает связь между изменением внутренней энергии тела в каком-либо термодинамическом процессе и энергией, переданной в форме работы и теплоты.
Таким образом, уравнение первого закона термодинамики для 1 кг однородного вещества можно записать следующим образом:
а) для элементарного процесса
dq = du + dl ; (6.1)
б) для конечного процесса
q = u + l, (6.2)
где q – количество тепла (оно считается положительным при подводе и
отрицательным при отводе его от системы), кДж / кг;
u – изменение внутренней энергии в процессе, кДж / кг;
l – работа в процессе (она считается положительной, когда само тело
совершает работу, т.е. при расширении газа, и отрицательной
при подводе работы к газу, т.е. при его сжатии), кДж / кг.
Внутренняя энергия идеального газа зависит только от его температуры и является экстенсивным параметром. Поэтому изменение внутренней энергии зависит от начального и конечного состояния системы, не зависит от характера процесса и определяется по формулам:
du = c dT ; (6.3)
u = = (T - T ) , кДж / кг , (6.4)
где – средняя изохорная теплоёмкость в интервале температур
от T до T , кДж / (кг град).
Работа процесса может быть вычислена, если известна зависимость давления от объёма в ходе процесса или уравнение процесса:
l = = 10 , кДж / кг , (6.5)
где p – давление в Н / м .
Количество тепла вычисляется по формуле:
q = c ( T - T ), кДж / кг , (6.6)
где c – теплоёмкость газа в рассматриваемом процессе, кДж / (кг град).
Используя выражение для энтальпии:
i = u + pv , (6.7)
получаем иную зависимость для первого закона термодинамики:
dq = di – vdp, (6.8)
где vdp = dl – располагаемая работа, кДж / кг.
Энтальпия идеального газа зависит только от его температуры, не зависит от характера процесса и является экстенсивным параметром.
Изменение энтальпии в процессе определяется только начальным и конечным состоянием газа:
di = c dT ; (6.9)
i = = ( T - T ), кДж / кг , (6.10)
где – средняя изобарная теплоёмкость газа в интервале температур
от T до T , кДж / (кг град).
Для рабочего тела массой G:
первый закон термодинамики –
Q = U + L, кДж; (6.11)
изменение внутренней энергии –
U = G c , кДж; (6.12)
изменение энтальпии –
I = G c , кДж. (6.13)
Вопросы для самоконтроля
1. Что понимается под внутренней энергией идеального и реального газов?
2. От каких параметров состояния зависит внутренняя энергия реального и идеального газов?
3. Является ли внутренняя энергия функцией состояния или процесса?
4. Чему равно изменение внутренней энергии в круговом процессе?
5. Что изображает площадь под кривой процесса в -диаграмме?
6. Показать, что работа является функцией процесса.
7. Какая работа газа больше: в обратимом или необратимом процессе и почему?
8. Формулировка первого закона термодинамики.
9. Аналитическое выражение первого закона термодинамики.
Дата добавления: 2015-09-02; просмотров: 1045;