рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Основы термодинамики

Основы термодинамики - раздел Механика, Федеральное агенТство по образованию Первое Начало Термодинамики – Это Закон Сохранения И Превращ...

Первое начало термодинамики – это закон сохранения и превращения энергии, которым сопровождаются термодинамические процессы. Оно утверждает: «Изменение внутренней энергии системы при переходе из одного состояния в другое равно сумме механических эквивалентов всех внешних воздействий».

Математически первое начало термодинамики можно записать так:

dU = dQ – dA + dM,

где dU – изменение внутренней энергии системы;

dQ – элементарное количество тепла, подводимого к системе;

dA – элементарная работа, совершаемая системой;

dM – другие виды элементарных энергий.

Если dM = 0, то

dU = dQ – dA или dQ = dU + dA.

Изотермический процесс – процесс, протекающий при постоянной температуре (T = const).

Первое начало термодинамики для изотермического процесса: так как

dU = CVdT = 0, то U = const, а dQ = dU + dA = dA,

т.е. все подводимое к системе тепло идет на совершение этой системой работы.

Работа, совершаемая идеальным газом при изотермическом процессе:

а) для моля или киломоля идеального газа:

,

или

;

б) для произвольной массы газа:

,

или

.

Изобарический процесс – процесс, протекающий при постоянном давлении (p = const).

Первое начало термодинамики для изобарического процесса:

dQp = dU + dA,

т.е. подводимое к системе тепло идет как на изменение ее внутренней энергии, так и на совершение этой системой работы. При этом:

а) для моля или киломоля идеального газа:

dQp = CpdT, dU = CVdT, dA = pdV = RdT;

б) для произвольной массы газа:

dQp = mCpdT/μ, dU = mCVdT/μ, dA = mpdV/μ = mRdT/μ.

Доля подводимой к системе энергии, которая идет на совершение работы:

dA = R/Cp×dQp = (1 – 1/g) dQp = dQp×(g – 1)/g.

Доля подводимой к системе энергии, которая идет на изменение внутренней энергии системы:

а) для моля или киломоля идеального газа:

dU = CVdT = dQp CV/Cp = dQp/g;

б) для произвольной массы газа:

dU = mCV×dT/μ = m×dQpCV/μCp = mdQp/μg,

где g = Cp/CV.

Изохорический процесс – процесс, протекающий при постоянном объеме (V = const).

Первое начало термодинамики для изохорического процесса:

Так как dA = p×dV = 0,
то dQV = dU + dA = dU,

т.е. при изохорическом процессе все подводимое к системе тепло идет на изменение ее внутренней энергии. При этом

dQV = CVdT,

следовательно,

dU = CVdT, или DU = CvDT.

Изменение внутренней энергии системы пропорционально изменению ее температуры.

Адиабатические или адиабатные процессы –процессы, протекающие без теплообмена или почти без теплообмена с окружающей средой. Примером адиабатического процесса может служить быстро протекающий процесс сжатия или расширения газа.

Первое начало термодинамики для адиабатического процесса: так как dQ = 0, то

dU + dA = 0, a dA = –dU,

т.е. работа, совершаемая системой при адиабатическом процессе, сопровождается уменьшением ее внутренней энергии.

Связь между параметрами состояния системы при адиатическом процессе (уравнения Пуассона):

Работа, совершаемая произвольной массой m идеального газа при адиабатическом расширении:

.

Политропическим называют процесс, при котором p и V связаны следующими соотношениями:

где n – показатель политропы, принимающий любые значения от –¥ до +¥.

Работа, совершаемая идеальным газом при политропическом процессе:

Обратимый процессэто процесс, который протекает так, что после его окончания систему можно вернуть в первоначальное состояние, причем никаких изменений в окружающей систему среде не произойдет.

Необратимый процессэто процесс, протекающий так, что после его окончания систему нельзя вернуть в первоначальное состояние без изменений в окружающей среде.

Круговой процесс (цикл)это такая последовательность превращений, в результате которой система, выйдя из какого-либо исходного состояния, возвращается в него вновь.

Любой круговой процесс состоит из процессов расширения и сжатия. Процесс расширения сопровождается работой, совершаемой системой, а процесс сжатия – работой, совершаемой над системой внешними силами. Разность этих работ равна работе данного цикла.

Если работа при расширении больше, чем работа при сжатии, то такой процесс (цикл) называется прямым. В противном случае – обратным.

Коэффициент полезного действия при круговых процессах (характеристика эффективности цикла) – физическая величина, равная отношению работы цикла к работе, которую можно было бы совершить при превращении в нее всего количества тепла, подведенного к системе:

Цикл Карно состоит из двух изотермических и двух адиабатических процессов.

Коэффициент полезного действия цикла Карно (КПД)

КПД цикла Карно не зависит от природы вещества, а зависит лишь от температур, при которых теплота сообщается системе и отбирается от нее.

Коэффициент полезного действия холодильной машины (холодильника)

Примечание. Кроме цикла Карно в технической термодинамике применяются цикл Отто, состоящий из двух адиабатических и двух изохорических процессов, и цикл Дизеля, состоящий из двух адиабатических, изохорического и изобарического процессов.

Энтропия – физическая величина, элементарное изменение которой при переходе системы из одного состояния в другое равно полученному или отданному количеству теплоты, деленному на температуру, при которой произошел этот процесс:

.

Связь энтропии системы с термодинамической вероятностью (соотношение Больцмана):

S = k×lnw,

где k – постоянная Больцмана.

Изменение энтропии системы при переходе из одного состояния в другое:

,

или

.

Изменение энтропии системы при изотермическом процессе:

.

Изменение энтропии системы при изобарическом процессе:

.

Изменение энтропии системы при изохорическом процессе:

.

Изменение энтропии системы при адиабатическом процессе:

DS = 0, .

Изменение энтропии системы, совершающей цикл Карно:

,

где DSр – изменение энтропии рабочего тела;

DSн, DSх – изменение энтропии нагревателя и холодильника;

DSпр – изменение энтропии «потребителя работы».

В случае совершения системой обратимого цикла Карно энтропия замкнутой системы не изменяется:

DSобр = 0, или Sобр = const.

В случае совершения системой необратимого цикла Карно энтропия замкнутой системы возрастает:

DS > 0; ; .

Для произвольных процессов, происходящих в замкнутой системе, энтропия системы для любых, происходящих в ней процессах, не может убывать:

DS ³ 0 или ,

где знак «равенства» справедлив для обратимых процессов, а знак «неравенства» – для необратимых.

Второе начало термодинамики: «В изолированной системе возможны только такие процессы, при которых энтропия системы возрастает или невозможен процесс, единственным результатом которого является превращение в работу теплоты, полученной от нагревателя»:

.

Термодинамические потенциалы – определенные функции объема V, давления p, температуры T, энтропии S, числа частиц системы N и других макроскопических параметров x, характеризующих состояние термодинамической системы:

а) внутренняя энергия – энергия системы, зависящая от ее внутреннего состояния. Она является однозначной функцией независимых переменных, определяющих это состояние, например температуры T и объема V (или давления p):

U = U (S, V, N, x).

Изменение внутренней энергии системы DU определяется лишь ее значениями в начальном и конечном состояниях:

;

б) энтальпия (теплосодержание) характеризует состояние макроскопической системы в термодинамическом равновесии при выборе в качестве основных независимых переменных энтропии S и давления p:

H = H (S, p, N, x).

Энтальпия системы равна сумме энтальпий составляющих ее частей.

Связь энтальпии с внутренней энергией U системы:

,

где V – объем системы.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Федеральное агенТство по образованию

Государственное образовательное учреждение... высшего профессионального образования... Курский государственный технический университет...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Основы термодинамики

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Физические основы механики. Молекулярная физика и термодинамика
Сборник тестовых заданий   Утверждено Учебно-методическим советом университета   Курск 2010 УДК 531/534 ББК В21

Полунин В.М.
Физические основы механики. Молекулярная физика и термодинамика [Текст]: сборник тестовых заданий / В.М. Полунин, О.В. Лобова, Г.Т. Сычев; Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 2010. 290 с.: ил. 147, прил

Энергия, работа, мощность. Законы сохранения
1. Энергия – это: а) функция состояния системы; б) способность системы к совершению работы при переходе из одного состояния в другое; в) количественная мера и качественна

Поле тяготения. Движение в поле центральных сил
1. Поле тяготения создается взаимодействующими массами и поэтому является характерным для тел: а) с небольшими массами; б) с большими массами; в) со значениями скорости д

Волновые процессы
1. Волны – это: а) процесс распространения колебаний в пространстве; б) изменения состояния среды (возмущения), распространяющиеся в этой среде и несущие с собой энергию;

Элементы механики жидкостей и газов
1. Жидкость – это: а) любое агрегатное состояние вещества; б) промежуточное состояние между твердым и газообразным состояниями; в) агрегатное состояние вещества, промежут

Основы релятивистской механики
1. Принцип относительности Галилея (в классической механике) утверждает: а) «Никакие опыты, проводимые в любых системах отсчета с механическими приборами, не позволяют установить, покоится

Основные представления и законы молекулярно-кинетической теории
1. Идеальный газ – это теоретическая модель газа, в которой: а) не учитывается взаимодействие его частиц (средняя кинетическая энергия частиц намного больше энергии их взаимодействия);

Основные положения и законы термодинамики
1. Первое начало термодинамики гласит: «Изменение внутренней энергии системы при переходе из одного состояния в другое равно сумме механических эквивалентов всех внешних воздействий». Математически

Реальные газы. Фазовые равновесия и превращения
1. Реальный газ – это газ: а) свойства которого не зависят от взаимодействия частиц и их собственного объема; б) свойства которого зависят от взаимодействия частиц и их собственно

Кинетические явления (явления переноса)
1. Кинетические явления (явления переноса) – это необратимые процессы, сопровождающиеся переносом какой-либо физической величины, в результате перехода любой системы: а) из неравновесного

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, в книге в определенной последовательности даны тестовые задания для самостоятельного решения по таким разделам курса общей физики, как «Физические основы механики», «Молекулярная физ

Основной
1. Полунин, В.М. Физика. Физические основы механики [Текст]: конспект лекций / В.М. Полунин, Г.Т. Сычев; Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 2002. 180 с. 2. Полунин, В.М. Молекулярная физика и

Дополнительный
6. Полунин, В.М. Сборник тестовых задач по физике [Текст]: в 2 ч. / В.М. Полунин, Г.Т. Сычёв; Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 2008. Ч. 1. 323 с.; 4.2. 216 с. 7. Волькенштейн, В.С. Сборник з

Кинематика и динамика
Механика – раздел физики, в котором изучается механическое движение, причины, вызывающие это движение, и происходящие при этом взаимодействия между телами. Механич

Среднее ускорение при неравномерном движении
. Принцип относительности Галилея (в классической механике) – ника

Скорость центра масс
, где

В случае переменной массы
, где

В векторной форме
L=[r´p] = [r´mv], где m – масса материальной точки; v – скорость материальной точки; l – п

В векторной форме
M=[r´F]. Главный или результирующий момент сил относительно неподвижной оси вращенияравен векторной сумме моментов слагаемых си

Период колебаний крутильного маятника
, где Iz – момент инерции тела относительно оси колебаний.

Добротность колебательной системы
, где Ne – число колебаний за то время, за которое амплитуда колебаний у

Волновые процессы. Акустика
Волны –изменения состояния среды (возмущения), распространяющиеся в этой среде и несущие с собой энергию – процесс распространения колебаний в пространстве. Фронт волны

Скорость распространения стоячей волны
, где L – некоторое расстояние, на котором наблюдается стоячая волна; n –

Скорость звука в газах
, где p – давление газа, не возмущенного волной; r – плотность газа, не во

Энергия, работа, мощность. Законы сохранения в механике
Энергия – количественная мера и качественная характеристика движения и взаимодействия материи во всех ее превращениях. Она является функцией состояния системы и характеризует способности системы к

В общем случае связь между напряженностью и потенциалом поля тяготения выражается соотношением
g = -gradj. Потенциальная энергия тяготеющих масс . Пот

В векторной форме
, где Wp = f (x,y,z) – потенциальная энергия системы. П

Мгновенная мощность при вращательном движении
, где M – мгновенный момент силы; ω – мгновенная угловая скорость.

Поле тяготения. Движение в поле центральных сил
Поле тяготения создается взаимодействующими массами покоя тел и поэтому является характерным для тел с большими массами и со значениями скорости движения гораздо меньшими, чем скорость распростране

Ускорение свободного падения вблизи поверхности Земли
. Ускорение силы тяжести при круговой траектории движения является центростр

В векторной форме
. Знак «минус» означает, что напряженность поля тяготения направлена в сторо

Основы релятивистской механики
Теория относительности– это физическая теория, рассматривающая пространственно-временные закономерности, справедливые для любых физических процессов (свойства пространства-времени)

Ускорение в четырехмерной системе отсчета
. Кинематические уравнения движения в четырехмерной системе отсчета

Кинетическая масса
, где m – релятивистская (полная) масса; m0 – масса покоя;

Импульс (вектор энергии-импульса) материальной точки
, где m0 – масса тела в той системе отсчета, по отношению к которой тело

Кинетическая энергия тела
. Полная энергия тела складывается из внутренней энергии и кинетич

Конденсированное состояние. Кинематика и динамика жидкостей
Жидкость – агрегатное состояние вещества, промежуточное между твердым и газообразным состояниями. Чистые жидкости по химическому составу – однокомпонентные жидкости. Жид

Общее число степеней свободы
где

Статистический метод исследования
Статистические закономерности– количественные закономерности, устанавливаемые статистическим методом, в котором рассматриваются лишь средние значения величин, характеризующих данну

Средняя арифметическая скорость
Относительная скорость применяется для расчета числа молекул, дви

Полный дифференциал энтальпии (при неизменных N и x) имеет вид
. Связь энтальпии с температурой, объемом и теплоемкостью (при посто

Реальные газы. Фазовые равновесия и превращения
Реальный газ – газ, свойства которого зависят от взаимодействия частиц и их собственного объема, что особенно проявляется при высоких давлениях и низких температурах.

Внутренняя энергия одного моля реального газа
. Изменение температуры реального газа при адиабатическом расширении (пр

Кинетические явления
Кинетические явления (явления переноса) – необратимые процессы, сопровождающиеся переносом какой–либо физической величины, в результате перехода любой системы из неравновесного сос

Физические величины
Таблица П3.1 Основные физические постоянные (округленные значения) Физическая постоянная Обозначение Значение Уско

Физические основы механики
Основные понятия, определения и законы классической кинематики № задания Ответ № задания Ответ № задания Отв

Основы молекулярной физики и термодинамики
Основные понятия молекулярной физики и термодинамики № задания Ответ № задания Ответ № задания Ответ

Физические основы механики. Молекулярная физика и термодинамика
    Сборник тестовых заданий   Редактор С.П. Тарасова Компьютерная верстка и макет М.В. Зотовой   &n

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги