Alapjai a termodinamika, a tartalom platform

1. A belső energia és módszerek változása a belső energia. Dolgozz termodinamika. A hő mennyisége.

2. Hőkapacitás. A kapcsolat a moláris hőkapacitás.

3. A termodinamika első főtétele. Hő egyensúly egyenlet. Az I. főtétele a izoprotsessam.

4. A termodinamika második törvénye. A hatékonyság a hőerőgép

1. A belső energia és módszerek változása a belső energia. Dolgozz termodinamika. A hő mennyisége

Termodinamika vizsgálatokban a leggyakoribb makro termikus tulajdonságok, egyensúlyi állapotban, és a folyamatok közötti átmenet ezen állapotok. Ellentétben a kinetikus-molekuláris elmélete termodinamika nem kapcsolja ezek a tulajdonságok a szerkezet és a folyamatok és rendszerek a belső szerkezetét.

Egy fontos fogalom a fogalom a termodinamika a belső energia a rendszer szerinti U. molekuláris kinetikai elmélet a belső energia az összege kinetikus energiája véletlenszerű mozgás a molekulák a rendszer körülbelül a tömegközéppontja és a potenciális energia a kölcsönhatás ezen molekulák egymással. A termodinamika, a belső energia határozza meg az értékeket a makroszkopikus paramétereket a rendszer, amely mérhető kísérletileg. Különösen az ideális gáz, amely azt feltételezi, hogy a molekulák nem lépnek kölcsönhatásba egymással, hogy a potenciális energia nullának tekintjük. Ekkor a belső energiát az ideális gáz teljes mozgási energiája a molekulák mozgó kaotikusan.

Az átlagos kinetikus energiája transzlációs mozgása egy molekula ideális egyatomos gáz

Ezután a belső energiapiac

ahol - a teljes molekulák számát.

A képlet a belső energiája egyatomos ideális gáz lenne:

Ez a képlet azt mutatja, a közvetlen befolyása a belső energia az ideális gáz abszolút hőmérséklete gáz tömegek, amelyek makroparamétert a rendszert.

A változás a belső energiája a gáz rendszer csak akkor, ha annak hőmérséklete:

Az ideális gáz, amely a komplex molekulák, hogy helyébe egy arányossági tényező - a kétatomos gáz tovább - poliatomos gáz. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a komplex molekulák vesznek részt nem csak a fordításban, hanem a rotációs mozgás. Nagyon magas hőmérsékleten kell figyelembe venni ingadozások az atomok, ami szintén befolyásolja a nagyságát a hányados.

Az állapotegyenlet az ideális gáz

és a (5.2) egyenlete, tudunk szerezni egy másik expressziós kiszámításához a belső energia:

Érintkező testeket cserélni energiák, mind mechanikai, mind a belső. Kétféle módon megváltoztatni a belső energia: a munkát végző és közlésével az a hőmennyiség.

Tekintsük a példa az első módszer kvázisztatikus tömörítési ideális gáz mozgatásával a dugattyút a hengeres tartály. Amikor a dugattyú lassan lefelé a gázmolekulák alávetni rugalmas ütközések a dugattyúval, amelynek a mozgási energia növekszik, azaz. K. A dugattyú ütközés minden egyes molekulában transzferek lendületet. Ez azt jelenti, hogy a gáz hőmérséklete növekszik, és ezért a belső energia. Amikor táguló gáz, éppen ellenkezőleg, a hőmérséklet és a belső energia csökken. Ebben a példában, a dugattyú elmozdulása megy végbe egy külső erő hatására. Mivel a kompressziós folyamat (expanziós) fordul elő egy nagyon kis sebességgel, akkor feltételezhető, hogy az erő egyenlő modulo nyomóerő a gáz a dugattyú (- gáznyomás - a terület a dugattyú).

Egy kis mozgás a dugattyú a gáznyomás változás lehet figyelmen kívül hagyni, akkor a munka erő egyenlő:

A „-” jel vegye figyelembe, hogy a kompresszió magassága a gáz csökkenni fog.

Ugyanúgy működik a gáz nyomása alatt hatályban sűrítési az ellenkező előjellel:

Vagy, mivel a kifejezés,

De - a hangerőt, akkor a munka a gáz

Amikor tömörítés negatív, azaz, A munka a külső erők pozitív. Ezzel szemben, amikor a gáz tágulási működik A negatív külső erők.

Expression dolgozó nyert gázt, feltételezve, hogy a folyamat - izobár. Annak meghatározásához, a munka a gáz esetében egy önkényes folyamat, meg kell vizsgálni egy grafikus ábrázolása ezek a folyamatok a p-V tengelyek.

Abban az esetben, izobár (5.2 ábra, a) képlet szerinti (5.5), munkagáz egyenlő a területet a téglalap által határolt ütemezés rendszer átmenet az egyik állapotból a másikba.

Abban az esetben, egy tetszőleges folyamat, mi osztja a folyamatot kis szakaszok, és feltételezzük, hogy a térfogatváltozás # 916; Vi mindegyikre olyan kicsi, hogy bekövetkezik, lényegében állandó nyomáson pi .Ezután elemi munkát ezen a területen fogja meghatározni a kifejezést:

Ez az érték számszerűen egyenlő a terület a kis téglalap (5.2 ábra b). Az általános teljesítményét gáz az átmenet állapotát 1 állapotban van 2 egyenlő lenne az összege elemi műveleteket.

Ezzel ez a szám - alatti terület az egész alakja a folyamat gráf pontból 1 pont 2. Ha az átmenetet a végtelenül értékek elemi munka az intervallum egyenlő

A teljes munkát végez a gáz az átmenet állapot 1 állapotba 2 egyenlő lesz

Munka gáz függ folyamat gáz, amely lefordításra került a kezdeti és a végső állapot.

Tekintsük a második módszer a változó belső energiája a gáz. Ha egy henger ideális gáz kijavítani a dugattyú, a gáznyomás alatti változás a dugattyú nem okoz, hogy mozog, és a munka nem végezhető. Izochor változás gáznyomás csak akkor lehetséges, ha a hőmérséklete a változás, és, következésképpen, a belső energia. Ez azt jelenti, hogy ebben az esetben, az ideális gáz nyomása változik meg kell jelenteni (vagy levonják gáz) egy kis energiát, anélkül, hogy ezt a munkát. Ilyen energia átvitelét egyik testből a másikba anélkül, hogy a munka az úgynevezett hőcsere vagy hőátadás. A kvantitatív változás belső energiát a hőcserélő nevezzük azt a hőmennyiséget.

A folyamat a hőátadó magyarázata szempontjából a molekuláris-kinetikus elméletét. Közötti határfelületen a két test van egy kölcsönhatás rendelkező molekulák különböző értékei az átlagos kinetikus energia. Az eredmény a hőcsere folyamat a nyomvonal az energia értékek által továbbítja számos nagy energiájú molekulák molekulák alacsony kalóriatartalmú. Ez a lényege a hőátadás folyamatában.

Száma teplotyQ. amely megkapja a (elveszett), vagy szervrendszer a folyamat hőátadás növelése (csökkenése) a belső energia. Ahol (az általános esetben) hőmérséklet-változások, úgy, hogy

Q értéket tekintjük pozitívnak, ha a rendszer kapja a hőt, és negatív, ha a rendszer ad meleget.

Tehát a belső energia változás a rendszer által meghatározott tömeg vagy hőátadó, vagy jutalékot ez a rendszer működik.

2. Hőkapacitás. A kapcsolat a moláris hőkapacitás

A hőmennyiség rendszer által kapott során a hőátadás formula határozza meg:

ahol a C - hőkapacitása a test (rendszer). Kifejezése C értéket kapjunk

dimenziója a hőkapacitása a test (a rendszer):

Body Hőkapacitás képviseli a hőmennyiség melegítéséhez szükséges a test egy fokkal. Ez a mennyiség használata kényelmetlen a gyakorlatban, mivel az azonos anyagból, de tömegszáma eltérő hőkapacitása más lesz. Ez bevezeti a fajhő. teploemkostharakterizuet fajlagos hőmennyiség melegítéséhez szükséges egy kilogramm anyagot egy fokkal:

Fajhője csaknem független a hőmérséklettől, de nagymértékben függ a vizsgált anyag jellegétől, annak halmazállapotban, valamint attól is, hogy a folyamatot hajtunk végre, amelynek során a hőátadás. Például, a izobár fűtés gáz, a gáz expandál, ez működik. A fűtés a gáz állandó nyomáson igényel több hőt, mint a hő állandó térfogaton. Ezért a fajhője gáz izobár megelőzve izochor.

testmeleg (rendszer) A fajhő expressziójával kapcsolatos:

Az elmélet a gázok gyakran használt moláris hőt. A moláris hőkapacitás képviseli a hőmennyiség melegítéséhez szükséges egy mól az anyag egy fokkal.

A kapcsolat a moláris és fajlagos hőkapacitás fejezi ki a képlet:

A moláris hőkapacitás függően fűtési körülmények, valamint a fajhő. Moláris hőkapacitás állandó nyomás nagyobb, mint az állandó térfogaton:

Ezen túlmenően, a moláris hőkapacitás magas hőmérsékleteken is megváltozik. A kapcsolat a moláris hő kapacitások állandó nyomáson és állandó térfogaton az alábbiakban mutatjuk be.

3. A termodinamika első főtétele. Hő egyensúly egyenlet. Az I. főtétele a izoprotsessam

A törvény az energiamegmaradás alkalmazni a termikus eljárás kiszerelhető első törvény (vagy az első start) termodinamika. teplotyQ számát. üzenetküldő rendszerek, hogy növelje a belső energia és a bizottság munkáját rendszer külső erőkkel szemben.

A második készítmény ennek a törvénynek. A változás belső energiája ennek a rendszernek az átmenet az egyik állapotból a másikba az összegével egyenlő a tökéletes rendszer külső erők és hőhatást külső szervek rendszere:

Abban az esetben, izolált hőcserélő rendszer nélkül a környező szervek (), és a munka nem készült (), de. Azaz, a belső energia egy elszigetelt rendszer minden olyan eljárás változatlan marad (). Szervezetek közötti izolált hőátadó rendszer jelentkezik, azaz a belső energia átviteli folyamat munkavégzés nélkül. Meleg és hideg szervek érintkezésbe kerülnek, ahol a forró test kap egy bizonyos mennyiségű hő és hideg kapja meg. Elnyelt hő a fűtési folyamatok:

ahol - a fajhője a test, - a fajhője olvadás, - a fajlagos párolgási hőt. A felszabaduló hőt a hűtési folyamat, kristályosítással, kondenzáció és égés:

Itt - a fajlagos égéshője.

Hiányában hőveszteség a hőátadást az egyik testből a másik a törvény szerint az energiatakarékosság az elnyelt hőmennyiség egyes szervek a melegítés alatt, olvadási vagy párologtatás egyenlő a hőmennyiség, a kiválasztott egyéb szervek a hűtési folyamat, kristályosítással, kondenzáció, vagy égés. típusú egyenlet

Ez az úgynevezett hő egyensúly egyenlet. Ebben az egyenletben n - a szervek számát a rendszerben. Ez az egyenlet a törvény az energiamegmaradás egy termodinamikai rendszer.

Tekintsük az alkalmazás első főtétele, hogy izoprotsessam.

1. izochor folyamat gáz térfogata nem változik, ezért munka folyik gáz. A termodinamika első főtétele az izochor folyamat fog kinézni:

Egy egyatomos gáz, a változás belső energia egyenlő

Ez azt jelenti, hogy a teljes összeget juttatott hő a gáz megy, hogy növelje a belső energia. A moláris fajhő izochor állapotváltozás fogja meghatározni az expressziós:

2. Abban az esetben, izobár folyamat miatt a külső hőt gáz megváltoztatja a belső energia a gáz, ezt követi a munkavégzés. Ennek megfelelően az első főtétel van írva a következő:

hol. Használata (5.9), megkapjuk a fajhője ideális egyatomos gáz állandó nyomáson:

3. Az izotermikus folyamat hőmérséklete állandó :. Ez azt jelenti, hogy a belső energia az ideális gáz nem változik :. Az első főtétele, mind az átadott hőmennyiség, hogy azok működjenek külső erőkkel szemben.

Hőkapacitása gáz izotermikus folyamat

4. Az adiabatikus folyamat - ez a folyamat zajlik nélkül hőcsere a környezetet:

A termodinamika első főtétele lenne:

Adiabatikus folyamatot végezhetjük gyorsan termelő préseléssel vagy vákuum gázolaj. Grafikon adiabatikus és izotermikus folyamatok (5.3 ábra) azt mutatják, hogy a nyomás a adiabatikus gyorsabban csökken, mint az izotermikus.

4. A termodinamika második törvénye. A hatékonyság a hőerőgép

Megfogalmazása a termodinamika második törvénye Kelvin. A ciklikus eljárás lehetetlen, az egyetlen eredmény az átalakítás a termelt hő a fűtőelem, egy egyenértékű művelet.

A hatékonyság (COP) a hőerőgép formula határozza meg:

ahol - a hasznos munkát végzett a gépet; - a hőmennyiség kapott munkaközeget a fűtés; - a hőmennyiség adott ki a hűtőszekrény munkaközeg. Hatékonyság bármely hőerőgép mindig kevesebb, mint egységet.

Ábra. 5.4 ábra egy Carnot-ciklus - közvetlen reverzibilis ciklikus folyamat, amely két izotermák (1-2 és 3-4) és két adiabatikus (2-3 és 4-1). Az ideális hőerőgép szerint működő Carnot ciklus hatásfok maximuma adott hőmérsékleten a fűtő és a hűtő.