Загальні поняття про газ.

Природні гази, між молекулами яких існують сили молекулярного зчеплення, а самі молекули займають якийсь об'єм, прийнято називати реальними. Теоретично вивчити властивості цих газів дуже важко, а закономірності вивчені експериментально, мають складний характер. Тому для одержання простих розрахунків вивчаємо ідеальний газ.

Ідеальним газом називають неіснуючий в природі газ, що складається з абсолютно пружним молекул, між якими не діють сили взаємного притягання, а об'єм який займають молекули, зникаючи малий порівняно з об'ємом газу, тобто не мають розміру. Параметри, які характеризують газ: Тиск - Ρ (Па), (Н/м ²); Температура - Τ (К); Об'єм-V (м³).

Температура газу - це міра кінетичної енергії поступово рухомих молекул газу, яка характеризує ступінь нагріву газу. Вимірюється термометром.

Тиск - це відношення сили тиску газу до одиниці площі. Вимірюється барометром, манометром, вакуумметром. Розрізняють: Абсолютнийтиск - (Р_абс ); Надлишковий тиск - (Р_надл); Тиск розрідження (вакум) - (Р_вак)

Р_абс = Р_надл + Р_бар ( при надлишковому тиску)

Р_абс = Р_бар – Р_вак ( при вакуумі )

В розрахунках треба користуватися тільки Р_абс

Питомий об'єм - це об'єм одиниці маси речовини (υ).

υ =V/M (м³ /кг)

Густина - це маса одиниці об'єму речовини (ρ – величина обернена до питомого об’єму)

ρ =М/V(кг/м³); υ ρ =l

Нормальні умови газу: Р_н = 101,3 кПА ; Т_н = 273 К.

3. Перший закон термодинаміки є частковим випадком закону, збереження і перетворення енергії (енергія не зникає і не виникає знов, а тільки переходить з одного виду в інший, або передається від одного типа енергії іншому).

3.1 Теплова енергія може перетворюватися в механічну, а механічна в теплову в еквівалентних кількостях. Q = AW( загальна формула першого закону термодинаміки)

де Q - кількість теплової енергії - (Дж); W – кількість механічної енергії - (Дж).

А= Q / W - термічний еквівалент механічної роботи в системі СІ А=1.

Згідно закону збереження енергії, загальний запас енергії ізольованої термодинамічної системи при любих перетвореннях остається постійним.

∆Q+∆U+∆W= 0 це є основне рівняння першого закону термодинаміки. Або ∆Q=∆U+∆W

3.2. Термодинамічним процесом називається процес зміни стану робочого тіла, який супроводжується зміною його параметрів.

Всякий процес здійснюється в одному з двох напрямків, один з яких називається прямим, а другий зворотнім.

Роздивимося термодинамічний процес прямий 1-2(розширення). Для його здійснення потрібно підведення деякої кількості теплоти ∆Q до робочого тіла (в цей час зменшилася внутрішня енергія U₂ < U₁· За рахунок роботи розширення запас механічного акумулятора збільшується на ∆W.

Нехай процес здійснюється в зворотному напрямку 2-1 (стиснення) це потребує витрати енергії механічного акумулятора, а в тепловий акумулятор вернеться теж сама кількість ∆Q теплоти, то такий процес буде зворотним.

Таким чином зворотнім процесом є такий процес, при здійснені якого в прямому і зворотних напрямках всі елементи термодинамічні системи (робоче тіло, тепловий і механічний акумулятори) повертається в початковий стан.

1.1.Схема перерозподілу енергії в термодинамічній системі.

4. Замкнутий процес. Сукупність двох або кількох процесів, в результаті здійснення яких робоче тіло повертається до початкового стану, називається замкнутим процесом, або циклом. Реальні процеси перетворення не зворотні.

Графічно в PV координатах коловий процес зображений замкнутим контуром 1. a -2 - в -1, у якому лінія 1'- а -2' розширена лінія 2 - в -1' стиснення.

Робота розширення ΔW_P= 1 - а - 2 - 2' - 1' - 1. Робота стиснення ΔW_c= 2 - в - 1 - 1' - 2' - 2

Корисна робота ΔW = ΔW_P – ΔW_C = 1 - а - 2 - в - 1 , ΔW = ΔQ₁– ΔQ₂

Термічний ККД: η_t = , η_t =

5. Цикл Карно. Припустимо що газ, який є робочим тілом може періодично з'єднуватися, то з гарячим джерелом теплоти (тепловіддавачем) з температурою Т₁то з холодним джерелом (теплоприймачем) з температурою Т₂.

Цикл Карно складається з двох ізотерм 1- 2 і 3 - 4 і двох адіабат 2 - 3 і 4 - 1.

На ділянці 1-2 робоче тіло з'єднується з джерелом гарячим Т₁, а на ділянці 3 - 4 з холодним джерелом Т₂.

Робота виконана за цикл: ΔW =ΔQ₁ – ΔQ₂

Термічний ККД: η_t =

ΔQ₁ =2,3RT₁lg , (1) та ΔQ₂ = 2,3RT₂lg (2)

поділивши ці рівняння друге на перше :

для адіабати 2-3 : (3) ; для адіабати 4 - 1 : ( 4)

Порівняємо рівняння ( 3 ) і ( 4 ) і отримаємо пропорцію або

Тому , отже ,

тобто температурний ККД :

Висновок:

Цикл Карно є ідеальним і в реальних двигунах нездійсненим, тому що ізотермічні і адіабатні процеси здійснити неможливо. Цикл Карно має велике прагматичне значення, бо за допомогою його можна оцінювати максимальний ККД будь - яких теплових двигунів у певних умовах.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
План заняття.	\|	Газові закони. Суміш газів.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.