Презентация Общие сведения из технической термодинамики онлайн

Содержание слайда: Тема 1 общие сведения из технической термодинамики Общие понятия и определения Основные параметры состояния газа Уравнение состояния идеального газа Газовые смеси Теплоемкость. Количество теплоты

Содержание слайда: 1.Общие понятия и определения

Содержание слайда: Термодинамика изучает законы превращения энергии в различных процессах, происходящих в макроскопических системах и сопровождающихся тепловыми эффектами. Макроскопической системой называется любой матери­альный объект, состоящий из большого числа частиц. Размеры макроскопических систем несоизмеримо больше размеров молекул и атомов. Термодинамика изучает законы превращения энергии в различных процессах, происходящих в макроскопических системах и сопровождающихся тепловыми эффектами. Макроскопической системой называется любой матери­альный объект, состоящий из большого числа частиц. Размеры макроскопических систем несоизмеримо больше размеров молекул и атомов. Техническая термодинамика изучает закономерности взаимного превращения тепловой и механической энергии и свойства тел, участвующих в этих превращениях. Вместе с теорией теплообмена она является теоретическим фундаментом теплотехники. На ее основе осуществляют расчет и проектирование всех тепловых двигателей, а также всевозможного технологического оборудования. Рассматривая только макроскопические системы, термодинамика изучает закономерности тепловой формы движения материи, обусловленные наличием огромного числа непрерывно движущихся и взаимодействующих между собой микроструктурных частиц (молекул, атомов, ионов). Физические свойства макроскопических систем изучаются статистическими термодинамическим методами. Статистический метод основан на использовании теории вероятностей и определенных моделей строения этих систем и представляет собой содержание статистической физики. Термодинамический метод не требует привлечения модельных представлений о структуре вещества и является феноменологическим (т. е. рассматривает «феномены» — явления в целом).

Содержание слайда: Термодинамическая система Термодинамическая система представляет собой совокупность материальных тел, находящихся в механическом и тепловом взаимодействиях друг с другом и с окружающими систему внешними телами («внешней средой»). В самом общем случае система может обмениваться со средой и веществом (массообменное взаимодействие). Такая система называется открытой. Потоки газа или пара в турбинах и трубопроводах — примеры открытых систем. Если вещество не проходит через границы системы, то она называется закрытой.

Содержание слайда: Термодинамическая система Термодинамическую систему, кото­рая не может обмениваться теплотой с окружающей средой, называют теплоизолированной или адиабатной. Примером адиабатной системы является газ, находящийся в сосуде, стенки которого покрыты идеальной тепловой изоляцией, исключающей теплообмен между заключенным в сосуде газом и окружающими телами. Такую изоляционную оболочку называют адиабатной. Система, не обменивающаяся с внешней средой ни энергией, ни ве­ществом, называется изолированной (или замкнутой). Простейшей термодинамической системой является рабочее тело, осуществляющее взаимное превращение теплоты и работы. В двигателе внутреннего сгорания, например, рабочим телом является приготовленная в карбюраторе горючая смесь, состоящая из воздуха и паров бензина.

Содержание слайда: 2. Основные параметры состояния газа Давление обусловлено взаимо­действием молекул рабочего тела с по­верхностью и численно равно силе, действующей на единицу площади поверхности тела по нормали к последней. В соответствии с молекулярно-кинетической теорией давление газа определяется соотношением где n — число молекул в единице объема; т — масса молекулы; v2— средняя квадратическая скорость поступательного движения молекул. В Международной системе единиц (СИ) давление выражается в паскалях (1 Па=1 Н/м2). Поскольку эта единица мала, удобнее использовать 1 кПа = 1000 Па и 1 МПа=106 Па.

Содержание слайда: Температура Температурой называется физическая величина, характеризующая степень нагретости тела. Понятие о температуре вытекает из следующего утверждения: если две системы находятся в тепловом контакте, то в случае неравенства их температур они будут обмениваться теплотой друг с другом, если же их температуры равны, то теплообмена не будет. С точки зрения молекулярно-кинетических представлений температура есть мера интенсивности теплового движения молекул. Ее численное значение связано с величиной средней кинетической энергии молекул вещества: , где k — постоянная Больцмана, равная 1,380662•10ˉ23 Дж/К. Температура T, определенная таким образом, называется абсолютной.

Содержание слайда: Температура В системе СИ единицей температуры является кельвин (К); на практике широко применяется градус Цельсия (°С). Соотношение между абсолютной Т и стоградусной t температурами имеет вид . В промышленных и лабораторных условиях температуру измеряют с помощью жидкостных термометров, пирометров, термопар и других приборов.

Содержание слайда: Удельный объем Удельный объем v — это объем единицы массы вещества. Если однородное тело массой М занимает объем v, то по определению Vуд= V/М. В системе СИ единица удельного объема 1 м3/кг. Между удельным объемом вещества и его плотность существует очевидное соотношение: Vуд = 1/ρ

Содержание слайда: Уравнение состояния идеального газа Для равновесной термодинамической системы существует функциональная связь между параметрами состояния, которая называется уравнением состояния. Опыт показывает, что объем, температура и давление простейших систем, которыми являются газы, пары или жидкости, связаны термическим уравнением состояния вида: f(p,V,T) = 0

Содержание слайда: Уравнение состояния идеального газа Для идеального газа выполняется уравнение Менделеева-Клапейрона: R = 8,31 Дж/( )– универсальная газовая постоянная.

Содержание слайда: Модель идеального газа: Модель идеального газа: газ называется идеальным, если можно пренебречь: размерами молекул по сравнению с расстояниями между ними; силами межмолекулярного взаимодействия и потенциальной энергией взаимодействия.

Содержание слайда: Объединённый газовый закон Объединённый газовый закон Для двух состояний газа при постоянной массе газа:

Содержание слайда: Изопроцессы Изопроцессы На практике трудно одновременно наблюдать за изменением всех параметров, поэтому один из параметров поддерживают постоянным. Такие процессы называют изопроцессами. Для равновесных процессов возможно их графическое представление.

Содержание слайда: Изохорный процесс Изохорный процесс

Содержание слайда: Изобарный процесс Изобарный процесс

Содержание слайда: Изотермический процесс Изотермический процесс

Содержание слайда: Основное уравнение молекулярно-кинетической теории устанавливает связь между макроскопическими и микроскопическими параметрами. Микроскопические параметры: масса, импульс, кинетическая энергия отдельных молекул.

Содержание слайда: Давление газа на стенки сосуда обу- Давление газа на стенки сосуда обу- словлено передачей молекулами свое- го импульса стенкам сосуда. Учитывая, что , получим

Содержание слайда: Уравнение Менделеева-Клапейрона Уравнение Менделеева-Клапейрона можно переписать так: Здесь – потоянная Больцмана.

Содержание слайда: Сравнивая Сравнивая и Получим для средней кинетической энергии поступательного движения молекулы

Содержание слайда: 4. Газовые смеси

Содержание слайда: Закон Дальтона Рассмотрим смесь газов, состоящую из N типов молекул. В единице объема содержится n молекул: Тогда:

Содержание слайда: Парциальные (partial), т.е. частичные давления: Парциальные (partial), т.е. частичные давления: Эта формула выражает закон Дальтона: давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений газов, образующих смесь

Содержание слайда: Иллюстрация основного уравнения МКТ

Содержание слайда: В общем случае средняя кинетическая В общем случае средняя кинетическая энергия молекулы равна: число степеней свободы молекулы. Энергия молекулы равномерно распределяется по степеням свободы.

Содержание слайда: Число независимых друг от друга движений тела (или независимых координат, определяющих его положение в пространстве) называется числом степеней свободы.

Содержание слайда: Двухатомная молекула

Содержание слайда: Многоатомная молекула

Содержание слайда: Одноатомная молекула Модель молекулы одноатомного газа – материальная точка, для описания ее положения в пространстве задаются 3 координаты, т. е. 3 степени свободы.

Содержание слайда: Одноатомная молекула: i = 3. Д Одноатомная молекула: i = 3. Д Двухатомная молекула с жесткой связью: i = 5 - три поступательных и две вращательных; Молекула, имеющая три (и более) атомов, характеризуется числом i = 6 - три поступательных и три вращательных степени свободы.

Содержание слайда: 5. Количество теплоты. Теплоемкость

Содержание слайда: Приращение внутренней энергии в процессе чистого теплообмена называется количеством теплоты или просто – теплотой (Q). Приращение внутренней энергии в процессе чистого теплообмена называется количеством теплоты или просто – теплотой (Q). Теплота – это процесс изменения внутренней энергии за счет хаотического (неупорядоченного) движения молекул.

Содержание слайда: Количество теплоты, необходимое для нагревания тела на один кельвин, называется теплоемкостью тела Количество теплоты, необходимое для нагревания тела на один кельвин, называется теплоемкостью тела Удельная теплоёмкость Молярная теплоёмкость

Содержание слайда: Уравнение Майера Это соотношение называется уравнением Майера и является одним из основных в технической термодинамике идеальных газов. В процессе v=const теплота, сообщаемая газу, идет лишь на изменение его внутренней энергии, тогда как в процессе р = const теплота расходуется и на увеличение внутренней энергии и на совершение работы против внешних сил. Поэтому ср больше сv на величину этой работы.