Физика. Примеры решения задач контрольной работы

Примеры решения задач по физике
Кинематика
Движение материальной точки
Основное уравнение динамики
Законы сохранения импульса и энергии
Динамика вращательного движения
Механические колебания
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ
МОЛЕКУЛЯРНАЯ  ФИЗИКА
Механика
Молекулярная физика и термодинамика
Электричество
Электромагнетизм
Атомная и ядерная физика
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ
Термодинамические процессы
Описание теплопроводности
Теплоотдача в жидкостях и газах
Теплоотдача при фазовых переходах
Тепловое излучение
Теплообменные аппараты
  Кинематика поступательного движения
Электростатика

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

 1 Исходные положения термодинамики

  Термодинамика как раздел теоретической физики изучает закономерности преобразования энергии различных видов, которые сопровождаются тепловыми явлениями.

  Термодинамика базируется на двух основных законах, которые являются обобщением закономерностей, существующих в природе.

 Первый закон термодинамики устанавливает количественное соотношение в процессах взаимного преобразования теплоты и работы, и является частным случаем всеобщего закона сохранения и превращения энергии. Этот закон связан с принципом существования внутренней энергии.

 Второй закон термодинамики характеризует направление естественных (необратимых) процессов и налагает определенные ограничения на все процессы, и связанные с ними преобразования энергии. Этот закон связан с принципом существования энтропии.

 Законы термодинамики не основываются на каких-либо гипотезах относительно строения материи и механизма передачи энергии. Они характеризуют только общие закономерности ее превращения в макроскопических системах, что обеспечивает большую общность термодинамики.

  Термодинамический метод исследования процессов в различных технических системах

позволяет установить наиболее выгодные условия их протекания и найти пути повышения их эффективности.

  Термодинамическая система. Объектом изучения термодинамики является термодинамическая система − совокупность материальных тел (или одно тело), находящихся в

тепловом и механическом взаимодействии. Система отделяется от внешней среды материальной или воображаемой ограничивающей поверхностью − границей системы; граница

выбирается произвольно, но таким образом, чтобы обеспечить четкое и однозначное определение системы.

 Рабочими телами, как правило, являются газообразные и (реже) жидкие вещества. Газ можно рассматривать как пар соответствующей жидкости, находящейся далеко от состояния сжижения (перегретый пар), а пар − реальный газ, близкий к состоянию сжижения.

 В различных технических установках рабочее тело находится обычно в непрерывном сплошном потоке и поэтому их целесообразно рассматривать в виде контрольного пространства, через которые проходят потоки вещества (энергоносителей) и осуществляется энергообмен с внешней средой.

 Термодинамическое состояние и параметры состояния. Совокупность физических свойств, присущих данной системе (рабочему телу), однозначно определяет ее термодинамическое состояние. Макроскопические величины, характеризующие физические свойства тела в данный момент, называются термодинамическими параметрами состояния.

Равновесным термодинамическим состоянием является состояние рабочего тела, которое не изменяется во времени при отсутствии внешнего энергетического воздействия (изолированная система). Параметры равновесного состояния по всему объему тела одинаковы. Факт установления термического равновесия, доказывающий существования макроскопического параметра состояния − температуры − и позволяющий определить ее путем измерений, принято называть нулевым законом термодинамики:

 две системы находящиеся порознь в термическом равновесии с третьей системой (например, термометром), находятся также в термическом равновесии между собой.

 К основным параметрам состояния, поддающимся непосредственному измерению, относятся термические параметры состояния: абсолютное давление Р (Па), Удельный объем о

(м3/кг) и абсолютная температура Т (К).

 Уравнение состояния. Термические параметры состояния однородного (гомогенного) тела в равновесном состоянии связаны между собой функциональной зависимостью

  (1)

которая называется термическим уравнением состояния. Вид функции   различен и зависит от

природы и агрегатного состояния тела. Геометрически это уравнение можно представить в виде

пространственной поверхности состояния с выделением областей существования каждой из трех фаз (газа, жидкости и твердого тела). Проекция поверхности на плоскость

показана на рис.1.

Рис. 1 – Диаграмма равновесного состояния в координатах:

О − тройная точка; К − критическая точка; ОС − линия сублимации;

ОП − линия плавления; OK − линия парообразования.

 Уравнение состояния газа (пара) имеет вид

 (2)

где коэффициент сжимаемости, зависящий от параметров состояния; газовая постоянная. ( мольная масса, кг/кмоль).

В области низких давлений и достаточно высоких температур коэффициент сжимаемости близок к единице. При  газ называется идеальным (уравнение Клапейрона ).

На главную