KULIAH No 1
DEFINISI TENAGA DAN JENISNYA.
TERMODINAMIK DAN KAEDAHNYA.
SISTEM TERMODINAMIK.
Kejuruteraan haba - disiplin teknikal am yang mengkaji kaedah mendapatkan, menukar, memindahkan dan menggunakan haba, serta prinsip operasi dan ciri reka bentuk penjana haba dan wap, enjin haba, radas dan peranti.
Termodinamik ( komponen kejuruteraan haba) mengkaji undang-undang perubahan tenaga dalam pelbagai proses fizikal dan kimia, berlaku dalam sistem makroskopik dan disertai dengan kesan haba.
Pelbagai jenis tenaga diketahui: haba, elektrik, kimia, magnet, dll. Tugas penyelidikan boleh berbeza - ini adalah termodinamik biosistem, termodinamik teknikal, dsb. Kami berminat dengan termodinamik teknikal, yang mengkaji corak penukaran bersama tenaga haba dan mekanikal (bersama-sama dengan teori pemindahan haba) dan oleh itu merupakan asas teori kejuruteraan haba. Tanpa asas teori ini adalah mustahil untuk mengira dan mereka bentuk enjin haba
Kaedah termodinamik ialah fenomenologi. Fenomena itu dianggap secara keseluruhan. Sambungan antara parameter makroskopik yang menentukan kelakuan sistem ditubuhkan oleh dua prinsip termodinamik. Sistem termodinamik mewakili koleksi badan material, yang berada dalam interaksi mekanikal dan haba antara satu sama lain dan dengan badan luar yang mengelilingi sistem.
Keadaan termodinamik badan (contohnya, gas) dicirikan oleh jisimnya, jisim molar μ, tekanan, isipadu, suhu (dan mungkin kuantiti lain, contohnya, kuantiti yang menentukannya. komposisi kimia). Semua kuantiti ini dipanggil parameter termodinamik badan. Walau bagaimanapun, seperti yang akan dilihat daripada apa yang berikut, parameter seperti , masuk akal hanya apabila badan, sekurang-kurangnya lebih kurang, dalam keadaan yang dipanggil keseimbangan termodinamik (dsb.). Ini adalah nama negeri di mana segala-galanya parameter termodinamik kekal malar dari semasa ke semasa (kepada ini perlu ditambah keadaan ketiadaan aliran pegun). Jika, sebagai contoh, anda dengan cepat memanaskan gas, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah. 9.1, suhu bahagian kapal A yang dipanaskan secara langsung akan lebih tinggi daripada suhu bahagian B. Tekanan di bahagian A dan B tidak akan sama. Dalam kes ini, konsep suhu atau tekanan keseluruhan gas tidak masuk akal. Contoh lain ialah membiarkan pancaran molekul cepat menjadi gas. Adalah jelas bahawa tidak masuk akal untuk bercakap tentang suhu gas sehingga molekul-molekul yang cepat, hasil daripada satu siri perlanggaran dengan yang lain, memperoleh halaju tertib kelajuan purata baki molekul, dengan kata lain, sehingga sistem mencapai keadaan dsb.
Dalam keadaan dll. bagi setiap bahan, parameter termodinamik berkaitan antara satu sama lain dengan apa yang dipanggil persamaan keadaan:
Di sini R=8.31 J/(molK) ialah pemalar gas sejagat, μ - jisim molar. Untuk karbon (C) nilai μ ialah 12g, untuk hidrogen (H2) - 2g, untuk oksigen (O2) - 32g, untuk air (H2O) - 18g, dsb.
Mol sebarang bahan mengandungi bilangan molekul N0 yang sama, dipanggil nombor Avogadro:
Nisbah pemalar gas universal R kepada nombor Avogadro (iaitu, pemalar gas universal bagi setiap molekul) dipanggil pemalar Boltzmann:
Gas ideal ialah gas yang sangat jarang sehingga ia mematuhi persamaan (1.2) atau (1.6). Maksud takrifan ini adalah jelas bahawa untuk mematuhi persamaan (1.6) gas mesti cukup jarang. Jika gas, sebaliknya, dimampatkan kepada mencukupi ketumpatan tinggi(yang dipanggil gas sebenar), maka bukannya (1.6) kita ada
Pilihan sistem termodinamik sewenang-wenangnya. Pilihan ditentukan oleh keadaan masalah yang diselesaikan. Badan yang tidak termasuk dalam sistem ialah persekitaran. Pengasingan sistem termodinamik dan persekitaran dijalankan oleh permukaan kawalan. Jadi, sebagai contoh, untuk silinder-gas-piston sistem termodinamik yang paling mudah, medium luaran adalah udara ambien, dan permukaan kawalan ialah cangkang silinder dan omboh. Interaksi mekanikal dan haba sistem termodinamik dijalankan melalui permukaan kawalan.
Semasa interaksi mekanikal sistem itu sendiri atau di atasnya, kerja dilakukan. Perlu diingatkan: kerja juga boleh dilakukan di bawah pengaruh orang lain kuasa-elektrik, magnetik.
Mempertimbangkan contoh dengan sistem omboh silinder, kita boleh perhatikan perkara berikut: kerja mekanikal dihasilkan apabila omboh bergerak dan disertai dengan perubahan isipadu. Interaksi terma terdiri daripada pemindahan haba antara badan individu sistem dan antara sistem dan persekitaran. Dalam contoh yang sedang dipertimbangkan, haba boleh dibekalkan kepada gas melalui dinding silinder. Untuk sistem termodinamik terbuka, pertukaran berlaku dengan persekitaran dan jirim (proses pemindahan jisim). Dalam perkara berikut kita akan mempertimbangkan sistem termodinamik tertutup. Sekiranya sistem itu terlindung secara haba, maka kami memanggilnya adiabatik, sebagai contoh, gas dalam kapal dengan penebat haba yang ideal. Sistem sedemikian tidak menukar haba atau jirim dengan persekitaran dan dipanggil tertutup (terpencil).
Penukaran haba kepada kerja dan, sebaliknya, kerja kepada haba dijalankan oleh sistem yang merupakan gas dan wap ia dipanggil cecair kerja.
Para saintis Rusia memberi sumbangan besar kepada pembangunan termodinamik sebagai sains: M.V. Lomonosov - menentukan intipati haba sebagai pergerakan dalaman jirim, di samping itu, dia menentukan intipati undang-undang termodinamik yang kemudiannya dibangunkan, seratus tahun sebelum Clausius (1850), memberikan kandungan undang-undang kedua termodinamik, kuantifikasi telah diberikan oleh Lomonosov dalam dua karyanya pada tahun 1750 dan 1760. Kita boleh menyebut G.G. Hess (1840), yang menubuhkan undang-undang pada kesan haba tindak balas kimia, prof. Schiller N.N. (Universiti Kiev) - memberikan bukti yang lebih ketat tentang undang-undang kedua termodinamik, prof. Afanasyeva-Erenfest T.A. buat pertama kalinya menunjukkan kebolehlaksanaan tafsiran berasingan bagi hukum kedua termodinamik untuk proses keseimbangan dan bukan keseimbangan. Penyelidikan dalam istilah terapan dan teori dijalankan oleh saintis MVTU V.I.V.K.V. Buku teks Soviet pertama mengenai termodinamik telah ditulis oleh B.M. Saintis VTI, MPEI Vukalovich M.P., Kirillin V.A., Novikov I.I., Timrot D.A., Vargaftik N.B. menjalankan penyelidikan yang meluas untuk mendapatkan data baharu tentang sifat termofizik beberapa bendalir kerja baharu. Di kalangan saintis asing, sumbangan besar kepada pembangunan termodinamik telah dibuat oleh Sadi Carnot, R. Stirling, R. Mayer, Clausius, Helmholtz, Joule, Thomson, Reynolds dan lain-lain, R. Stirling, 8 tahun sebelum S . Carnot pada tahun 1816, mempatenkan kerja menghasilkan mesin kerana udara yang dipanaskan.
Bahagian 1. Termodinamik.
pengenalan.
Asas termodinamik teknikal.
Keselamatan proses teknologi dan kemudahan pengeluaran pengangkutan udara V dalam erti kata yang sempit bermakna memastikan keselamatan penerbangan (FS), yang biasanya bermaksud keupayaan sistem pengangkutan udara(keseluruhan pesawat (kapal terbang, helikopter), anak kapal, penyediaan penerbangan dan perkhidmatan sokongan, kawalan lalu lintas udara) menjalankan pengangkutan udara tanpa mengancam nyawa dan kesihatan manusia.
Keputusan penerbangan terjejas sejumlah besar faktor, corak kejadian yang sangat kompleks dan dikaji dalam pelbagai ilmu: kejuruteraan haba, dinamik gas, teori enjin pesawat dan sebagainya.
Termodinamik, menjadi bahagian fizik teori, mewakili salah satu kawasan yang paling luas sains semula jadi moden- sains transformasi pelbagai jenis tenaga antara satu sama lain. Sains ini mengkaji pelbagai jenis fenomena semula jadi dan merangkumi kawasan besar fenomena kimia, mekanikal dan fizikokimia.
Kejuruteraan terma– disiplin am profesional (teknikal am) yang mengkaji kaedah mendapatkan, menukar, memindahkan dan menggunakan haba, dan prinsip operasi dan proses kerja enjin terma, radas dan peranti dan sebagainya. Kejuruteraan terma adalah berdasarkan maklumat daripada termodinamik teknikal, pemindahan haba dan pemindahan jisim.
Termodinamik teknikal mengkaji corak perubahan bersama tenaga haba dan mekanikal dan adalah(bersama-sama dengan teori pemindahan haba dan pemindahan jisim) asas teori kejuruteraan haba. Atas asasnya, pengiraan dan reka bentuk enjin haba - turbin stim dan gas, enjin - dijalankan. pembakaran dalaman, serta semua jenis peralatan teknologi - pemampat, pengering dan unit penyejukan dan lain-lain.
Dinamik gas mengkaji sistem termodinamik terbuka, di mana bendalir kerja mewakili aliran gas. Berdasarkan postulat dan kesimpulan dinamik gas, reka bentuk saluran, bilah mesin turbo dan peranti lain dijalankan.
Teori enjin pesawat mengkaji litar, prinsip operasi pelbagai jenis turbin gas dan enjin omboh (GTE dan PD) dan elemennya, serta ciri prestasi GTE dan PD dan elemen mereka. GTE digunakan secara meluas dalam penerbangan awam disebabkan oleh mereka kuasa tinggi dengan dimensi dan berat yang kecil, serta disebabkan penggunaan bahan api jenis murah (minyak tanah).
Disiplin akademik"Termodinamik dan Pemindahan Haba" ialah sebahagian kurikulum latihan jurutera mekanikal dalam kepakaran " Operasi teknikal kapal terbang dan enjin pesawat" untuk semua bentuk latihan. Disiplin terdiri daripada dua bahagian bebas:
Kejuruteraan termodinamik;
Pemindahan haba.
Termodinamik teknikal adalah sebahagian daripada termodinamik - cabang fizik teori. Objek penyelidikan dalam termodinamik teknikal ialah enjin pesawat - enjin haba, di mana corak perubahan bersama haba kepada kerja dikaji, hubungan antara haba, mekanikal dan proses kimia yang berlaku dalam enjin haba.
Termodinamik teknikal mula berkembang pada tahun 20-an abad XIX, tetapi, walaupun berbanding belianya, ia sepatutnya menduduki salah satu daripada tempat-tempat pusat antara disiplin fizikal dan teknikal.
Dalam bahagian teori, termodinamik teknikal adalah jabatan am, sains tenaga, dan dalam bahagian gunaan ia mewakili asas teori semua kejuruteraan haba, yang mengkaji proses yang berlaku dalam enjin haba.
Dalam termodinamik, dua kaedah penyelidikan digunakan: kaedah proses bulat dan kaedah fungsi termodinamik dan pembinaan geometri. Kaedah yang terakhir telah dibangunkan dan diterangkan dalam karya klasik Gibbs. Kaedah ini diterima untuk Kebelakangan ini meluas.
Pada permulaan detik separuh daripada XVIII V. Masalah teknikal yang sangat penting telah diselesaikan - enjin haba universal untuk industri dan pengangkutan telah dicipta. Enjin stim pertama dicipta oleh jurutera Rusia I. I. Polzunov. Ia dibina selepas kematiannya pada tahun 1766, iaitu hampir 20 tahun sebelum enjin stim James Watt. I. I. Polzunov bukan sahaja mencipta enjin stim pertama di dunia, tetapi juga mencipta alat suis untuknya dan merupakan yang pertama menjana kuasa dandang stim secara automatik.
Sehingga 50-an abad ke-19, sains menganggap haba sebagai bahan istimewa, tidak berat, tidak boleh dihancurkan dan tidak dicipta - kalori. Salah satu yang pertama menyangkal teori ini ialah M.V. Pada tahun 1744, dalam disertasinya "Reflections on the Cause of Heat and Cold," beliau menulis bahawa haba terdiri daripada pergerakan dalaman jirim sendiri dan menunjukkan bahawa api dan haba terdiri daripada pergerakan putaran zarah-zarah dari mana semua jasad tersusun. Oleh itu, dalam karyanya M.V. Lomonosov meletakkan asas teori mekanikal haba. Walau bagaimanapun, Lomonosov tidak difahami oleh orang sezamannya. Untuk masa yang lama, ahli fizik terus bercakap tentang kalori. Hanya pada pertengahan abad ke-19. Teori mekanikal haba, hasil kerja beberapa saintis, mendapat pengiktirafan yang meluas dan menjadi asas kepada semua termodinamik.
Pemindahan haba ialah sains yang mengkaji proses pemindahan haba (heat exchange) di angkasa dengan medan suhu yang tidak seragam. Bergantung pada sifat pertukaran haba, pemindahan haba boleh dipanggil kekonduksian terma(contohnya, melalui dinding perumahan), perolakan(contohnya, apabila menyejukkan bilah turbin dengan udara) dan sinaran(contohnya, apabila campuran bahan api-udara terbakar dari nyalaan ke dinding tiub nyalaan dalam kebuk pembakaran).
Termodinamik teknikal, menggunakan undang-undang asas kepada proses menukar haba kepada kerja mekanikal dan kerja mekanikal kepada haba, memungkinkan untuk membangunkan teori enjin haba, mengkaji proses yang berlaku di dalamnya, dan memungkinkan untuk mengenal pasti kecekapannya untuk setiap taip secara berasingan.
Buku ini menggariskan asas termodinamik kejuruteraan dan pemindahan haba.
Bahagian pertama menggariskan undang-undang termodinamik dan aplikasinya untuk analisis kitaran enjin haba, turbin gas, turbin stim dan unit penyejukan, dsb.
Bahagian kedua menggariskan asas fizikal pemindahan haba. Dipertimbangkan kaedah asas pemindahan haba. Permohonan Digariskan Secara Ringkas teori umum pemindahan haba dan jisim kepada kajian proses dalam badan berliang kapilari koloid basah.
Buku itu memberi soalan kawalan dan beberapa masalah yang telah diselesaikan. Buku ini ditulis menggunakan Sistem Unit Antarabangsa (SI).
Bahagian satu TERMODINAMIK TEKNIKAL
Bab I PENGENALAN
§ 1-1. Tenaga dan kepentingannya dalam ekonomi negara USSR
Dari hari-hari pertama kehidupan negara Soviet parti Komunis USSR memberi Nilai yang hebat pelaksanaan doktrin Lenin mengenai elektrifikasi seluruh negara.
“Komunisme,” kata V.I. Lenin, “adalah pihak berkuasa Soviet ditambah dengan elektrifikasi seluruh negara,” oleh itu idea Lenin mengenai elektrifikasi lengkap adalah teras keseluruhan program, pembinaan ekonomi komunisme.
ISI KANDUNGAN
Mukadimah edisi kedua.
Mukadimah edisi pertama.
Bahagian satu. Termodinamik teknikal
Bab 1 Pengenalan.
Bab II. Persamaan keadaan gas ideal.
Bab III. Campuran gas ideal.
Bab IV. Gas sebenar.
Bab V. Undang-undang pertama termodinamik.
Bab VI. Kapasiti haba gas. Entropi.
Bab VII. Proses termodinamik gas ideal.
Bab VIII. Hukum kedua termodinamik.
Bab IX. Fungsi ciri dan potensi termodinamik. Keseimbangan sistem.
Bab X Persamaan pembezaan termodinamik.
Bab XI. Wap air
Bab XII. Proses termodinamik asas wap air.
Bab XIII. Pembebasan gas dan wap.
Bab XIV. Pendikitan gas dan wap. Pencampuran gas.
Bab XV. Udara basah.
Bab XVII. Kitaran enjin pembakaran dalaman.
Bab XVIII. Kitaran unit turbin gas dan enjin jet.
Bab XIX. Kitaran loji turbin stim.
Bab XX. Kitaran loji tenaga nuklear, wap-gas dan loji magnetohidrodinamik.
Bab XXI. Kitaran penyejukan.
Bahagian kedua. Pemindahan haba
Bab XXII. Prinsip asas kekonduksian terma.
Bab XXIII. Kekonduksian terma pada keadaan mantap dan syarat sempadan jenis pertama.
Bab XXIV. Kekonduksian terma di bawah keadaan pegun dan keadaan sempadan jenis ketiga. Pekali pemindahan haba.
Bab XXV. Kekonduksian terma dalam keadaan tidak stabil.
Bab XXVII. Pemindahan haba perolakan dalam aliran bendalir paksa dan bebas.
Bab XXVIII. Pemindahan haba apabila menukar keadaan pengagregatan bahan-bahan.
Bab XXIX. Pemindahan haba melalui sinaran.
Bab XXX. Penukar haba.
Bab XXXI. Pemindahan haba dan jisim dalam badan basah.
Aplikasi.
kesusasteraan.
Muat turun percuma e-buku dalam format yang mudah, tonton dan baca:
Muat turun buku Teknikal termodinamik dan pemindahan haba, Nashchokin V.V., 1975 - fileskachat.com, muat turun pantas dan percuma.
Muat turun djvu
Di bawah ini anda boleh membeli buku ini pada harga terbaik dengan diskaun dengan penghantaran ke seluruh Rusia.
1 DK 536.7(07) + 536.24 Pengulas: Jabatan Kejuruteraan Pemanasan dan Loji Kuasa Terma St. Petersburg Universiti Negeri Keretapi (Doktor Sains Teknikal, Prof. I.G. Kiselev), Profesor B.S. Fokin (JSC NPO "TsKTI im. I.I. Polzunov") Sapozhnikov S.Z., Kitanin E.L. Termodinamik teknikal dan pemindahan haba: Buku teks untuk universiti. St. Petersburg: Rumah penerbitan Universiti Teknikal Negeri St. Petersburg, 1999. 319 hlm. ISBN 5-7422-0098-6 Asas termodinamik teknikal dan pemindahan haba dibentangkan. Prinsip termodinamik, kaedah untuk mengira proses termodinamik dengan gas ideal dan dengan cecair kerja sebenar, kitaran loji kuasa, mesin penyejukan dan pam haba dibentangkan. Proses kekonduksian terma pegun dan tidak pegun, pemindahan haba perolakan, dan pemindahan haba sinaran diterangkan. Asas pengiraan haba penukar haba diberikan. Direka untuk bujang dalam arah 551400 “Ground sistem pengangkutan" I8ВN 5-7422-0098-6 Universiti Teknikal Negeri St. Petersburg, 1999 Sapozhnikov S.Z., Kitanin E.L., 1999 2 KANDUNGAN Prakata................... ..... ................................................... . .... 1. TERMODINAMIK TEKNIKAL.................................... 1.1. Subjek dan kaedah termodinamik teknikal....... 1.2. Konsep asas termodinamik........................ 1.2.1. Sistem termodinamik dan parameter termodinamik................................................. ....... ............... 1.2.2. Keseimbangan termodinamik dan keseimbangan proses termodinamik............................................ ...... 1.2.3. Persamaan terma syarat. Gambar rajah permukaan dan keadaan termodinamik………………………………………………………………. 1.2.4. Campuran gas ideal................................... 1.2.5. Tenaga, kerja, haba................................... 1.2.6. Kapasiti haba................................................ ........ 1.3. Hukum pertama termodinamik................................... 1.3.1. Persamaan prinsip pertama................................... 1.3.2. Tenaga dalaman sebagai fungsi negara................................................. ........... ........................ 1.3.3. Entalpi dan sifatnya................................................ ...... 1.3.4. Persamaan hukum pertama bagi gas ideal................................................ .......... ....................................... ........ 1.4. Analisis proses dengan gas ideal................................... 1.4.1. Proses isobarik................................................ ......... 1.4. Proses Isokhorik................................................ ... 1.4 .3. Proses isoterma................................................ ... 1.4.4. Proses adiabatik................................................ ... 1.4.5 . Proses politropik........................................ 1.4.6. Mampatan gas dalam pemampat omboh..................... 1.5. Hukum kedua termodinamik................................... 1.5.1. Proses boleh balik dan tidak boleh balik................................ 1.5.2. Kitaran dan kecekapannya.............................................. ...... ...... 1.5.3. Rumusan prinsip kedua................................ 1.5.4. Kitaran Carnot. Teorem Carnot................................ 3 1.5.5. Entropi, perubahannya dalam proses boleh balik dan tidak boleh balik......................................... ........... ........................ 1.5.6. Rajah keadaan T–s. Perubahan entropi dalam proses gas ideal............................................ ........ ........................................ 1.5. 7. Skala suhu termodinamik............... 1.6. Kitaran enjin pembakaran dalam omboh................................................ ........................ .......................... .......... 1.6.1. Kitaran dengan bekalan haba isochorik (Kitaran Otto) 1.6.2. Kitar dengan bekalan haba isobarik (Kitaran Diesel) ......................................... ......... ......................................... ............... ................ 1.6.3. Perbandingan kecekapan kitaran enjin pembakaran dalaman.............. 1.7. Kitaran unit turbin gas................................... 1.7.1. Skema dan kitaran dengan bekalan haba isobarik.. 1.7.2. Kecekapan terma kitaran Brayton................... 1.7.3. Kitaran penjanaan semula unit turbin gas................................... 1.7.4. Kecekapan kitaran sebenar................... 1.8. Termodinamik bendalir kerja sebenar................... 1.8.1. Persamaan keadaan gas nyata................... 1.8.2. Perubahan dalam keadaan terkumpul bahan.... 1.8.3. Gambar rajah dan jadual negeri................... 1.9. Kitaran loji kuasa wap........................ ......... 1.9.1. Kitar wap Carnot...................................... 1.9.2. Kitaran Rankine................................................ ... ..... 1.10. Kitaran mesin penyejukan dan pam haba 1.10.1 Kitaran Carnot Songsang.................................... ................ 1.10 .2. Kitaran mesin penyejukan mampatan wap dengan pemanasan lampau wap dan pendikit................................. 1.10.3. Kitaran pam haba................................... 1.11. Udara basah................................................ .......... 1.11.1 Konsep dan definisi asas................................. 1.11.2. rajah h–d udara lembap.................. 2. PEMINDAHAN HABA..................... ............... ................................... 4 2.1. Pandangan umum tentang pemindahan haba................... 2.2. Kekonduksian terma................................................ ........ 2.2.1. Konsep dan definisi asas............ 2.2.2. Hipotesis Bio-Fourier..................................... 2.2.3 Persamaan pembezaan kekonduksian terma. ……………………………………………………… 2.2.4. Syarat untuk keunikan.................................. 2.2.5. Model jasad dalam masalah pengaliran haba.. .... 2.3. Kekonduksian terma pegun................................... 2.3.1. Kekonduksian terma plat dan cengkerang......... 2.3.2. Kekonduksian terma permukaan bersirip. 2.4. Kekonduksian terma tidak mantap........................ 2.4.1. Kekonduksian terma jasad nipis terma....... 2.4.2. Kekonduksian terma jasad separa sempadan dan rod............................................ ............ .......... 2.4.3. Pemanasan dan penyejukan plat, silinder dan bola. 2.4.4. Pemanasan dan penyejukan badan bersaiz terhingga…….. 2.4.5. Rejim terma biasa.......................... 2.5. Kaedah anggaran teori kekonduksian terma.. 2.5.1. Analogi elektroterma................................... 2.5.2. Kaedah grafik......................................... 2.5.3. Kaedah beza terhingga........................... 2.6. Asas Fizikal pemindahan haba perolakan.. 2.6.1. Konsep dan definisi asas......................... 2.6.2 Persamaan pembezaan pemindahan haba perolakan........... ......................... ......................... ................ 2.7. Asas teori persamaan................................................ ........... 2.7.1. Persamaan fenomena fizikal......................... 2.7.2. Teorem persamaan ................................................ ... 2.7.3 . Persamaan kesamaan........................................ 2.7.4. Peraturan pemodelan................................... 2.8. Pemindahan haba perolakan dalam medium satu fasa..... 2.8.1. Mod aliran cecair dan gas................................... 5 2.8.2. Lapisan sempadan................................................ ... 2.8.3 Pemindahan haba dalam lamina lapisan sempadan pada permukaan yang rata................................................ ..... .. 2.8.4. Pemindahan haba dalam lapisan sempadan bergelora pada permukaan rata............................................ ............................. ... 2.8.5. Pemindahan haba semasa perolakan paksa dalam paip dan saluran................................... 2.8.6 pindahkan dalam bahagian aliran yang stabil............................................. 2.8 .7. Pemindahan haba semasa aliran laminar dalam paip……………………………………………………….. 2.8.8. Pertukaran haba di aliran bergelora dalam paip... 2.8.9. Pemindahan haba semasa aliran di sekeliling paip dan berkas tiub...................................... ........... .......................... 2.8.10. Pemindahan haba semasa perolakan bebas........ 2.8.11. Pemindahan haba dalam media terbendalir....... 2.9. Pemindahan haba perolakan semasa pendidihan dan pemeluwapan............................................. ......... ........................ 2.9.1. Pemindahan haba semasa mendidih................................ 2.9.2. Pertukaran haba semasa pemeluwapan........................... 2.9.3. Paip haba................................................ ........ 2.10. Pemindahan haba secara sinaran................................................ ..... 2.10.1. Asas fizikal sinaran................................... 2.10.2. Pengiraan pemindahan haba secara sinaran................... 2.10.3. Sinaran suria................................... 2.10.4. Pemindahan haba kompleks................................... 2.11. Penukar haba................................................ ........ ......... 2.11.1 Pengelasan dan tujuan........................... ...... 2.11.2. Asas pengiraan haba................................ 2.11.3 Kecekapan penukar haba. Pekali pemindahan haba sebenar................................ 2.11.4. Pengiraan hidraulik penukar haba... Rujukan......................................... ........... ................... 6 PRAKATA “Termodinamik Kejuruteraan dan pemindahan haba” merupakan salah satu kursus utama yang diajar kepada sarjana muda dalam bidang "Sistem Pengangkutan Darat". Ia kaya dengan maklumat dan dimampatkan dari segi masa belajar hingga 1-2 semester, jadi kebanyakan buku teks asas tidak banyak membantu pelajar: ia terlalu terperinci, tidak tertumpu pada julat tugas yang berkaitan dengan sistem pengangkutan, dan, akhirnya , ia hanya direka untuk kursus dengan volum yang lebih besar. Bagi jurutera pengangkutan, perkara utama adalah untuk memahami subjek dan idea asas termodinamik dan pemindahan haba, dan untuk menguasai terminologi yang telah ditetapkan bagi sains ini. Adalah perlu untuk mengingati 10-15 formula asas (seperti persamaan keadaan gas ideal, formula untuk mengira pemindahan haba melalui plat berbilang lapisan, undang-undang Stefan-Boltzmann, dsb.). Maklumat selebihnya, walaupun penting, hanya perlu difahami, dibentangkan secara fizikal, dan dihubungkan dengan contoh dari pelbagai bidang kehidupan dan teknologi. Oleh itu, penulis cuba memberi perhatian utama sisi fizikal fenomena yang sedang dipertimbangkan, dan radas matematik Mereka meninggalkan tempat yang layak tetapi sederhana. Penulis merakamkan ucapan terima kasih yang mendalam kepada pengulas - Jabatan Kejuruteraan Haba dan Loji Kuasa Terma Universiti Pengangkutan Negeri St. Petersburg secara peribadi oleh Dr. Tech. sains prof. I. G. Kiseleva dan Ph.D. teknologi Prof Sc. V.I. Krylov, serta Dr. Tech. sains prof. B. S. Fokin - untuk komen berharga yang memungkinkan untuk menambah baik teks asal. Terima kasih khas kepada Ph.D. teknologi Sciences G. G. Le Havre untuk bantuan besar dalam menyediakan manuskrip; Dia datang dengan idea untuk membandingkan kaedah N, ε - pengiraan penukar haba dengan skema pengiraan tradisional. Dan, sudah tentu, bantuan dalam mereka bentuk buku daripada pekerja jabatan itu ternyata sangat berharga." Asas teori Kejuruteraan Haba” St. Petersburg State Technical 7 University E. O. Vvedenskaya, R. M. Grozny, pelajar siswazah Yu. S. Sapozhnikov E. Kitanin 8 1. TERMODINAMIK TEKNIKAL 1.1 MATA PELAJARAN DAN KAEDAH TERMODINAMIK TEKNIKAL Termodinamik - sains transformasi tenaga - adalah asas bagi jurutera kejuruteraan kuasa. Asal usul termodinamik bertepatan dengan kemunculan enjin stim pertama. Pada tahun 1824, jurutera Perancis S. Carnot meneliti interaksi bertenaga air dan wap dengan pelbagai bahagian enjin dan dengan persekitaran dia membuat penilaian pertama tentang kecekapan enjin stim. Sejak itu, subjek kajian termodinamik ialah proses dalam mesin kuasa, transformasi agregat bahan, fizikokimia, plasma dan proses lain. Kajian-kajian ini adalah berdasarkan kaedah termodinamik: objek penyelidikan boleh menjadi mana-mana badan yang termasuk dalam sistem termodinamik yang dipanggil. Sistem ini mestilah: cukup luas dan kompleks supaya undang-undang statistik diperhatikan di dalamnya (pergerakan molekul bahan dalam isipadu tertentu, pemanasan dan penyejukan zarah bahan pepejal dalam timbunan semula, dsb.); tertutup, iaitu mempunyai had dalam semua arah spatial dan terdiri daripada nombor terhingga zarah. Tiada sekatan lain untuk sistem termodinamik. Objek dunia material, tidak termasuk dalam sistem termodinamik, dipanggil persekitaran. Kembali kepada karya S. Carnot, kita perhatikan bahawa air dan wap yang diperoleh daripadanya adalah sistem termodinamik. Dengan mengesan interaksi tenaga air dan wap dengan badan sekeliling, seseorang boleh menilai kecekapan menukar haba yang dibekalkan kepada mesin kepada kerja. Tetapi mesin kuasa moden tidak selalu menggunakan air untuk menukar tenaga. Marilah kita bersetuju untuk memanggil mana-mana medium yang digunakan untuk menukar tenaga sebagai bendalir kerja. 9 Oleh itu, subjek termodinamik teknikal ialah undang-undang penukaran tenaga dalam proses interaksi badan kerja dengan unsur mesin kuasa dan dengan persekitaran, analisis kesempurnaan mesin kuasa, serta kajian sifat kerja. badan dan perubahannya dalam proses interaksi. Tidak seperti fizik statistik, yang mengkaji model fizikal sistem dengan corak interaksi zarah mikro yang jelas, termodinamik tidak dikaitkan dalam kesimpulannya dengan mana-mana struktur badan dan dengan bentuk komunikasi tertentu antara unsur-unsur struktur ini. Termodinamik menggunakan undang-undang yang bersifat universal, iaitu, sah untuk semua badan, tanpa mengira strukturnya. Undang-undang ini menjadi asas kepada semua penaakulan termodinamik dan dipanggil prinsip termodinamik. Prinsip pertama menyatakan undang-undang pemuliharaan tenaga - undang-undang alam sejagat. Ia menentukan keseimbangan tenaga semasa interaksi dalam sistem termodinamik, serta antara sistem termodinamik dan persekitaran. Prinsip kedua menentukan arah transformasi tenaga dan dengan ketara mengembangkan keupayaan kaedah termodinamik. Kedua-dua prinsip adalah bersifat eksperimen dan boleh digunakan untuk semua sistem termodinamik. Berdasarkan dua prinsip ini, yang dibentangkan dalam bentuk matematik, adalah mungkin untuk menyatakan parameter pertukaran tenaga semasa pelbagai interaksi, mewujudkan hubungan antara sifat bahan, dsb. Walau bagaimanapun, untuk membawa keputusan kepada nombor tertentu, "sumber dalaman" termodinamik sahaja tidak mencukupi. Ia perlu menggunakan keputusan eksperimen atau teori yang mengambil kira sifat bendalir kerja dalam sistem termodinamik sebenar. Jika, sebagai contoh, kita menggunakan data eksperimen tentang ketumpatan bahan, maka menggunakan analisis termodinamik kita boleh mengira kapasiti habanya, dsb. 10 Oleh itu, penyelidikan termodinamik adalah berdasarkan undang-undang asas alam. Pada masa yang sama, pengiraan kejuruteraan dalam termodinamik adalah mustahil tanpa menggunakan data eksperimen atau hasil kajian teori. ciri-ciri fizikal tel kerja. 1.2. KONSEP ASAS TERMODINAMIK 1.2.1. Sistem termodinamik dan parameter termodinamik Kami memanggil sistem termodinamik sebarang badan atau sistem badan yang berinteraksi antara satu sama lain dan (atau) dengan persekitaran (sistem sedemikian mungkin, khususnya, termasuk badan kerja mesin tenaga). Takrifan tidak menyatakan apa sebenarnya yang dianggap sebagai sistem termodinamik dan apa yang dianggap sebagai persekitaran. Seseorang boleh, sebagai contoh, menganggap bendalir kerja itu sendiri sebagai sistem termodinamik, dan "segala-galanya" dianggap sebagai persekitaran; Anda boleh memilih hanya sebahagian daripada badan, dan menganggap bahagian yang tinggal dan semua badan lain sebagai persekitaran. Ia adalah mungkin, sebaliknya, untuk mengembangkan sistem termodinamik - untuk memasukkan di dalamnya, sebagai tambahan kepada badan pertama, beberapa yang lain, dan menganggap semua badan lain sebagai persekitaran. Pengembangan atau penyempitan bulatan objek sedemikian yang membentuk sistem termodinamik memungkinkan untuk mengetahui ciri penting badan bekerja dan interaksi tenaga antara mereka. Adalah diketahui bahawa bahan yang sama boleh berada dalam keadaan cecair, gas atau pepejal. Dalam kes ini, secara semula jadi, sifat bahan ini, sistem termodinamik ini, akan berbeza, contohnya, ketumpatan, pekali pengembangan isipadu, kebolehtelapan magnet, kelajuan bunyi, dll. Semua ini, serta kuantiti lain yang mencirikan keadaan. sistem termodinamik, dipanggil keadaan parameter termodinamik. Terdapat banyak daripada mereka; dibezakan secara tradisional
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN SAINS PERSEKUTUAN RUSIA
negara persekutuan berautonomi institusi pendidikan pendidikan profesional yang lebih tinggi
"Utara (Artik) universiti persekutuan dinamakan sempena M.V. Lomonosov"
Institut Minyak dan Gas | |
Jabatan Kejuruteraan Terma | |
131000.62 “Perniagaan minyak dan gas” | |
(kod dan nama bidang latihan/kepakaran) | |
secara disiplin "Termodinamik dan Pemindahan Haba" | |
Kuliah 1. Subjek dan kaedah termodinamik............................................ .......... .............................. | |
Sistem termodinamik................................................ ... ............................ | |
Parameter keadaan termodinamik................................................ ..................... ...... | |
Persamaan keadaan................................................. .... ......................................... | |
Proses termodinamik................................................ ... .............................. | |
Muatan haba gas .............................................. ..... .............................................. | |
Kuliah 2. Campuran gas ideal............................................. ......... ............................................ | |
Ungkapan analitikal hukum pertama termodinamik................................................ | |
Tenaga dalaman................................................ .............................................. | |
Operasi pembesaran................................................ ... ................................................... | |
Haba................................................. ................................................... ......... ............. | |
Entalpi................................................. ................................................... ...... .......... | |
Entropi................................................. ................................................... ...... .......... | |
Kuliah 3. Rumusan umum undang-undang kedua......................................... ........................... | |
Kitaran Carnot Langsung .............................................. .......... ............................................ ....... | |
Kitaran Carnot terbalik................................................ .................... ................................ ............. | |
Perubahan entropi dalam proses tidak seimbang................................................. ....... | |
Kuliah 4. Proses termodinamik gas ideal dalam sistem tertutup......... | |
Kuliah 5. Proses termodinamik gas nyata............................................ .......... ..... | |
Persamaan keadaan gas nyata............................................ ....................... ............. | |
Kuliah 6. Persamaan hukum pertama termodinamik untuk aliran.................................... | |
Aliran keluar dari muncung penumpu ................................................. ....... .................... | |
Corak asas aliran gas dalam muncung dan peresap.................................... |
Pengiraan proses aliran keluar dengan menggunakan h-s gambar rajah................................... | |
Pendikitan gas dan wap................................................. ....... ............................ | |
Kuliah 7. Kecekapan termodinamik kitaran loji kuasa haba......... | |
Kitaran enjin pembakaran dalam omboh................................................ ........ | |
Kitaran loji turbin gas ............................................. ....... ........................ | |
Kitaran loji turbin stim................................................. .................... .................... | |
Kitaran Rankine pada wap panas lampau................................................. ....... ........................ | |
Kecekapan terma kitaran................................................. ...... .................................... | |
Pemanasan................................................. ........ .............................................. .............. .... | |
Ciri-ciri umum unit penyejukan…………………………………….. | |
Kuliah 8. Asas teori pemindahan haba............................................ .......... ................................... | |
Konsep dan definisi asas ………………………………………………………. | |
Teori kekonduksian terma. Hukum Fourier................................................ ... ............ | |
Dinding rata | |
Dinding silinder................................................ ... .................................... | |
Kuliah 9. Pemindahan haba............................................. ....... .............................................. ............. .... | |
Dinding rata................................................. ... ................................................... ......... .. | |
Dinding silinder................................................ ... ................................................... | |
Intensifikasi pemindahan haba.............................................. ..... ....................... | |
Penebat haba................................................ ... ................................................... ......... | |
Kuliah 10. Pemindahan haba perolakan. Undang-undang asas pemindahan haba perolakan. | |
Lapisan sempadan................................................ ........ .............................................. .............. | |
Nombor persamaan................................................ ... ................................................... ......... ... | |
Kuliah 11. Kes-kes khas pemindahan haba perolakan. Aliran silang | |
paip tunggal dan berkas paip................................................. ...... ............................ | |
Aliran penyejuk di dalam paip................................................ ....... ................... | |
Pemindahan haba semasa perolakan semula jadi................................................... ....... .......... | |
Anggaran nilai pekali pemindahan haba.................................... | |
Kuliah 12. Penerangan tentang proses sinaran. Takrifan asas.................................. | |
Pertukaran haba melalui sinaran sistem jasad dalam medium lutsinar..................................... . | |
Pemindahan tenaga pancaran dalam menyerap dan memancarkan media..................... | |
Kuliah 13. Penukar haba ............................................. ....... ................................... | |
Jenis penukar haba .............................................. ..................... ........................ | |
Asas pengiraan haba penukar haba............................................. ....... |
Subjek: kaedah termodinamik
Termodinamik mengkaji undang-undang perubahan tenaga dalam pelbagai proses.
proses yang berlaku dalam sistem makroskopik dan disertai dengan haba
kesan mi. Sistem makroskopik ialah sebarang isipadu bahan
ect yang terdiri daripada nombor besar zarah. Saiz sistem makroskopik tidak konsisten
boleh diukur lebih banyak saiz molekul dan atom.
Bergantung kepada objektif penyelidikan, teknikal atau kimia
termodinamik, termodinamik sistem biologi dan lain-lain. Termodinamik teknikalmengkaji corak perubahan bersama tenaga haba dan mekanikal dan sifat badan yang mengambil bahagian dalam transformasi ini. Bersama-sama dengan teori pemindahan haba, ia adalah asas teori kejuruteraan haba. Atas asasnya, pengiraan dan reka bentuk semua enjin haba, serta semua jenis peralatan teknologi, dijalankan.
Memandangkan hanya sistem makroskopik, termodinamik mengkaji
keteraturan bentuk terma gerakan jirim, kerana kehadiran yang besar
sebilangan besar mikro- yang bergerak dan berinteraksi secara berterusan
zarah struktur (molekul, atom, ion).
Sifat fizikal sistem makroskopik dikaji dengan kaedah termodinamik statistik. Kaedah statistik adalah berdasarkan penggunaan teori-
pelbagai kebarangkalian dan model tertentu struktur sistem ini dan mewakili
tarikan idea model tentang struktur jirim dan merupakan fenomena
logik (iaitu, menganggap "fenomena" - fenomena secara keseluruhan).
Selain itu, semua kesimpulan utama termodinamik boleh digunakan hanya menggunakan dua undang-undang empirikal asas termodinamik.
Dalam perkara berikut, berdasarkan kaedah termodinamik, kami akan, untuk kejelasan,
keupayaan untuk menggunakan idea kinetik molekul tentang struktur jirim.
Sistem termodinamik
Sistem termodinamik ialah satu set jasad material yang berada dalam interaksi mekanikal dan haba antara satu sama lain dan dengan badan luar yang mengelilingi sistem(« persekitaran luaran»).
Pilihan sistem adalah sewenang-wenangnya dan ditentukan oleh keadaan masalah yang diselesaikan. Badan yang tidak termasuk dalam sistem dipanggil persekitaran. Sistem ini dipisahkan dari persekitaran
persekitaran yang keras permukaan kawalan(cangkang). Jadi, sebagai contoh, untuk sistem yang paling mudah- gas tertutup dalam silinder di bawah omboh, persekitaran luaran
udara ialah udara sekeliling, dan permukaan kawalan adalah dinding
linder dan omboh.
Interaksi mekanikal dan haba sistem termodinamik
ditunjukkan melalui permukaan kawalan. Semasa interaksi mekanikal, kerja dilakukan oleh sistem itu sendiri atau pada sistem. (DALAM kes am Kuasa elektrik, magnet dan lain-lain juga boleh bertindak ke atas sistem, di bawah pengaruh sistem yang akan melakukan kerja. Jenis kerja ini juga boleh diambil kira dalam rangka kerja termodinamik, tetapi kami tidak akan mempertimbangkannya lagi). Dalam contoh kami, kerja mekanikal dilakukan dengan menggerakkan omboh dan mengiringinya
diberikan oleh perubahan isipadu. Interaksi terma terdiri daripada peralihan haba-
anda berada di antara badan individu sistem dan antara sistem dan persekitaran. DALAM
Dalam contoh ini, haba boleh dibekalkan kepada gas melalui dinding silinder.
Dalam kes yang paling umum, sistem boleh bertukar dengan persekitaran dan jirim
(interaksi pemindahan jisim). Sistem sedemikian dipanggil terbuka. Gas atau wap mengalir dalam turbin dan saluran paip - contoh sistem terbuka. Jika
Oleh kerana sistem tidak melalui sempadan sistem, ia dipanggil tertutup. Dalam jangka masa panjang
Kami akan, melainkan dinyatakan secara khusus, mempertimbangkan sistem tertutup
Sistem termodinamik yang tidak boleh menukar haba dengan persekitarannya
persekitaran persekitaran dipanggil berpenebat haba atau adiabatik. Catatan:
Rum sistem adiabatik ialah gas yang terletak di dalam bekas yang dindingnya ditutup
anda adalah penebat haba yang ideal, menghapuskan pertukaran haba antara yang tertutup
kapal dengan gas dan badan di sekelilingnya. Cangkerang penebat sedemikian dipanggil adiabatik. Sistem yang tidak menukar tenaga atau getaran dengan persekitaran luaran
masyarakat dipanggil terpencil (atau tertutup).
Sistem termodinamik yang paling mudah ialah bendalir kerja,
mewakili perubahan bersama haba dan kerja. Dalam enjin pembakaran dalaman, sebagai contoh, bendalir kerja ialah gas yang disediakan dalam karburetor.
campuran menyala yang terdiri daripada wap udara dan petrol.
Parameter termodinamik keadaan
Sifat setiap sistem dicirikan oleh beberapa kuantiti, yang biasanya dipanggil parameter termodinamik. Mari kita pertimbangkan sebahagian daripadanya, menggunakan konsep kinetik molekul bagi gas ideal sebagai kumpulan molekul yang telah lenyap
bersaiz sangat kecil, berada dalam gerakan terma rawak dan berinteraksi
berinteraksi antara satu sama lain hanya semasa perlanggaran.
Tekanan disebabkan oleh interaksi molekul bendalir kerja dengan
permukaan dan secara berangka sama dengan daya yang bertindak per unit luas permukaan badan sepanjang normal kepada yang terakhir. Selaras dengan teori kinetik molekul, tekanan gas ditentukan oleh hubungan
di mana n ialah bilangan molekul per unit isipadu;
t - jisim molekul s 2 - punca purata kelajuan kuasa dua gerakan ke hadapan molekul.
DALAM Sistem antarabangsa tekanan unit (SI) dinyatakan dalam pascal
(1Pa=1 N/m2). Memandangkan unit ini kecil, ia adalah lebih mudah untuk menggunakan 1 kPa = 1000 Pa dan
1 MPa=106 Pa.
Tekanan diukur menggunakan tolok tekanan, barometer dan tolok vakum.
Tolok tekanan cecair dan spring mengukur tekanan berlebihan, pra-
iaitu perbezaan antara jumlah atau tekanan mutlak p yang diukur
persekitaran dan tekanan atmosfera p atm, iaitu p ex p atm p
Alat untuk mengukur tekanan di bawah atmosfera dipanggil vakum
meter; bacaan mereka memberikan nilai vakum (atau vakum):
r dalam r atm r, iaitu lebihan tekanan atmosfera di atas yang mutlak.
Perlu diingatkan bahawa parameter keadaan adalah tekanan mutlak.
Inilah yang termasuk dalam persamaan termodinamik.
Suhu dipanggil kuantiti fizikal, mencirikan ste-
tunggul panas badan. Konsep suhu berikut daripada pernyataan berikut:
jika dua sistem berada dalam hubungan terma, maka jika suhunya tidak sama,
rature mereka akan bertukar haba antara satu sama lain, jika suhu mereka adalah sama
kita, maka tidak akan ada pertukaran haba.
Dari sudut pandangan konsep kinetik molekul, suhu adalah ukuran keamatan pergerakan haba molekul. dia nilai berangka Berkaitan dengan
di mana k - Pemalar Boltzmann, bersamaan dengan 1.380662 10ˉ23 J/K. Suhu T,
ditakrifkan dengan cara ini dipanggil mutlak.
Unit SI bagi suhu ialah kelvin (K); dalam amalan, secara meluas
darjah Celsius (°C) digunakan. Hubungan antara T mutlak dan stog-
suhu dusnoy t mempunyai bentuk
T t 273.15.
DALAM Dalam keadaan industri dan makmal, suhu diukur menggunakan termometer cecair, pyrometer, termokopel dan instrumen lain.
Isipadu tentu v ialah isipadu unit jisim bahan Jika satu
badan asli jisim M menduduki isipadu v, kemudian mengikut takrifan
v= V/M.
Dalam sistem SI, unit isipadu tentu ialah 1 m3 / kg. Terdapat hubungan yang jelas antara isipadu khusus bahan dan ketumpatannya:
Untuk membandingkan kuantiti mencirikan sistem dalam keadaan yang sama,
konsep "biasa" diperkenalkan keadaan fizikal": p = 760 mm Hg = 101.325 kPa; T = 273.15 K.
Dalam pelbagai cabang teknologi dan negara berbeza memperkenalkan mereka sendiri, yang agak berbeza
daripada yang diberikan" keadaan biasa", sebagai contoh, "teknikal" (p = 735.6 mm
Hg = 98 kPa, t =15˚C) atau keadaan biasa untuk menilai prestasi pemampat (p =101.325 kPa, t =20˚C), dsb.
Jika semua parameter termodinamik adalah malar dalam masa dan sama di semua titik sistem, maka keadaan sistem sedemikian dipanggil keseimbangan.
Jika antara pelbagai mata terdapat perbezaan suhu dalam sistem
pelancongan, tekanan dan parameter lain, maka ia adalah tiada keseimbangan . Dalam sistem sedemikian, di bawah pengaruh kecerunan parameter, aliran haba, bahan dan lain-lain timbul, berusaha untuk mengembalikannya kepada keadaan keseimbangan. Pengalaman menunjukkan bahawa
Sistem terpencil sentiasa mencapai keadaan keseimbangan dari semasa ke semasa dan tidak boleh meninggalkannya secara spontan. Dalam termodinamik klasik, hanya sistem keseimbangan yang dipertimbangkan.
Persamaan keadaan
Untuk sistem termodinamik keseimbangan, terdapat hubungan fungsi antara parameter keadaan, yang dipanggil persamaan
berdiri Pengalaman menunjukkan bahawa isipadu tertentu, suhu dan tekanan pro-
sistem termudah, iaitu gas, wap atau cecair, disambungkan persamaan haba keadaan dalam bentuk f (p ,v ,T ) 0.
Persamaan keadaan boleh diberikan bentuk lain: p f 1 (v,T);v f 2 (p,T);
T f 3 (p, v);
Persamaan ini menunjukkan bahawa daripada tiga parameter utama yang menentukan keadaan sistem, mana-mana dua adalah bebas.
Untuk menyelesaikan masalah menggunakan kaedah termodinamik, adalah perlu untuk mengetahui persamaan keadaan. Walau bagaimanapun, ia tidak boleh diperolehi dalam rangka kerja termodinamik dan mesti ditemui sama ada secara eksperimen atau dengan kaedah fizik statistik.
ki. Bentuk khusus persamaan keadaan bergantung kepada sifat individu perkara-
Persamaan keadaan gas ideal
Daripada persamaan (1.1) dan (1.2) ia mengikuti bahawa p nkT .
Pertimbangkan 1 kg gas. Memandangkan ia mengandungi molekul N dan, akibatnya,
Nilai tetap Nk setiap 1 kg gas dilambangkan dengan huruf R dan
mereka panggil pemalar gas. sebab tu
Hubungan yang terhasil ialah persamaan Clapeyron.
Mendarab (3) dengan M, kita memperoleh persamaan keadaan untuk jisim gas sewenang-wenangnya
pV MRT. |
Persamaan Clapeyron boleh diberikan bentuk universal jika kita memasukkan
pemalar untuk 1 kmol gas, iaitu, untuk jumlah gas yang jisimnya dalam kilo-
gram adalah sama secara berangka berat molekulμ. Meletakkan M= μ dan V=V μ dalam (1.4), kita dapat
Persamaan Clapeyron-Mendeleev untuk satu mol ialah:
pV RT .
Di sini V ialah isipadu bagi satu kilomol gas, dan R ialah pemalar gas sejagat.
Selaras dengan hukum Avogadro (1811), isipadu 1 kmol adalah sama dalam satu
mereka dan keadaan yang sama untuk semua gas ideal, di bawah keadaan fizikal biasa
viah adalah bersamaan dengan 22.4136 m3, oleh itu
Pemalar gas bagi 1 kg gas ialah | ||||||||
Proses termodinamik
Perubahan keadaan sistem termodinamik dari semasa ke semasa dipanggil
proses termodinamik. Jadi, apabila omboh bergerak di dalam silinder, isipadu, dan dengan itu tekanan dan suhu gas di dalamnya, akan berubah,
proses pengembangan atau pemampatan gas akan berlaku.
Seperti yang telah dinyatakan, sistem yang dikeluarkan daripada keseimbangan dan pra-
dihantar pada parameter persekitaran yang berterusan kepada dirinya sendiri, melalui bukan-
masa yang mana akan kembali kepada keadaan keseimbangan yang sepadan dengan para-
meter. Begitu spontan (tanpa pengaruh luar) mengembalikan sistem kepada keadaan keseimbangan
dipanggil kelonggaran, dan tempoh masa di mana sistem
ma kembali kepada keadaan keseimbangan, dipanggil masa bersantai.
Ia berbeza untuk proses yang berbeza: jika sentiasa diperlukan untuk mewujudkan tekanan keseimbangan dalam gas, maka untuk menyamakan suhu dalam isipadu gas yang sama adalah perlu.
kami sepuluh; minit, dan dalam jumlah pepejal yang dipanaskan - kadang-kadang beberapa jam.
Proses termodinamik dipanggil keseimbangan jika semua para-
Meter sistem semasa laluannya berubah agak perlahan berbanding dengan proses kelonggaran yang sepadan. Dalam kes ini, sistem sebenarnya berada dalam keadaan keseimbangan dengan persekitaran sepanjang masa, yang menentukan nama proses.
Untuk proses menjadi keseimbangan, kadar perubahan parameter sistem dA d mesti memenuhi hubungan
dA d c reL A reL
di mana A ialah parameter yang paling cepat berubah dalam proses yang sedang dipertimbangkan
cess; с rel - kadar perubahan parameter ini dalam proses kelonggaran;
masa bersantai.
Pertimbangkan, sebagai contoh, proses pemampatan gas dalam silinder. Jika masa anjakan omboh dari satu kedudukan ke kedudukan lain dengan ketara melebihi masa kelonggaran,
maka dalam proses menggerakkan omboh tekanan dan suhu akan mempunyai masa untuk menyamakan
keseluruhan isipadu silinder.
Penjajaran ini dipastikan oleh perlanggaran berterusan molekul, dalam
akibatnya, tenaga yang dibekalkan dari omboh ke gas adalah agak laju dan sama dengan
diedarkan secara berangka antara mereka. Jika anjakan omboh seterusnya berlaku dengan cara yang sama, maka keadaan sistem pada setiap saat masa akan menjadi keseimbangan praktikal. Oleh itu, proses keseimbangan terdiri daripada siri berterusan keadaan keseimbangan berturut-turut, oleh itu, pada setiap titik, keadaan sistem termodinamik boleh diterangkan dengan persamaan keadaan bendalir kerja yang diberikan. Itulah sebabnya termodinamik klasik dalam penyelidikannya beroperasi hanya dengan proses keseimbangan. Mereka adalah idealisasi yang mudah proses sebenar, yang dalam banyak kes membolehkan seseorang untuk memudahkan penyelesaian masalah dengan ketara. Idealisasi ini agak wajar, kerana syarat
(1.8) dipenuhi dalam amalan agak kerap. Sejak gangguan mekanikal
tekanan merambat dalam gas pada kelajuan bunyi, proses pemampatan gas dan silinder-
semula akan berada dalam keseimbangan jika kelajuan pergerakan omboh jauh lebih rendah daripada kelajuan bunyi.
Proses yang tidak memenuhi syarat dAd rel D A rel , teruskan dengan ketidakseimbangan, i.e. adalah tiada keseimbangan . Jika, sebagai contoh, suhu persekitaran meningkat dengan cepat, maka gas dalam silinder akan beransur-ansur
memanaskan badan melalui dindingnya, berehat kepada keadaan keseimbangan yang sepadan dengan parameter persekitaran baharu. Semasa proses kelonggaran, gas tidak berada dalam keseimbangan dengan persekitaran dan tidak boleh dicirikan oleh persamaan keadaan
sekurang-kurangnya kerana dalam titik yang berbeza Suhu isipadu gas mempunyai nilai yang berbeza.