Основные термодинамические параметры газов
Газы, которые встречаются повсеместно являются инертными, но рассматриваются как рабочие тела с помощью которых происходит превращение теплоты в механическую работу и они подчиняются основным законом теплотехники. Идеальным называют вооброжаемый газ, в котором молекулы рассматриваются как материальные точки (обладающие массой, но не имеющие обьема), между которыми отсутствуют силы взаимодействия. Основными параметрами рабочего тела являются: давление (p),температура (Т),удельный обьем (отношение обьема газа к его плотности – v).
Удельной теплоемкостью называют:
С = dq / d T,
где dq – теплота [Дж],
dT – приращение температуры, [K].
Она показывает, какое количество теплоты необходимо подвести к единице количества вещества для нагревания его на 1К..Различают теплоемкость: массовую [Дж/кгК],киломольную [Дж/кмольК],обьемную [Дж/м3К].Общая формулировка несколько иная:
С = dU/dT + p*dV/dT,
где dU – изменение внутренней энергии газа,
p*dV/dT – удельная работа.
Энтропией является величина:
dS = dq/T
изменение которой в элементарном процессе равно отношению количества теплоты dq, участвующей в этом процессе к постоянной температуре Т.
Энтальпией называют функцию :
u + p*v = i,
– где U -внутренняя энергия системы.
Количество теплоты же тогда можно определить следующим образом:
Кроме указанных термодинамических параметров важную роль играет уравнение состояния:
P*V = R*T,
где R – газовая постоянная, а для 1 Кмоля газа это уравнение имеет вид:
P*Vm = Ro*T,
где Ro=8,31*1000 [Дж/КмольК] – универсальная газовая постоянная, одинаковая для любого газа,
Vm=v*m=m/p – обьем, занимаемый 1 Кмолем газа при нормальных условиях. Киломоль – это количество вещества в килограммах, численно равное его молекулярной массе.
Основные законы теплотехники и термодинамики
С помощью газов можно совершать положительную работу, т.е. их обычно используют для приводов тепловых двигателей различных типов или холодильных машин. Поэтому для оценки работы необходимо знать основные понятия о термодинамическом процессе.
Состояние системы газа может быть равновесным или неравновесным. Равновесным считают состояние при котором параметры газа (P,V,T) остаются неизменными сколько угодно долго, пока какие-либо внешние воздействия не изменят их. Иначе состояние считается неравновесным. Последовательность же изменения термодинамического состояния системы называют термодинамическим процессом. Если в результате прямого термодинамического процесса система перешла из одного состояния в другое, а затем вернулась обратно к первоначальному состоянию, то возник обратный термодинамический процесс. Обратимым называют равновесный процесс, который протекает в прямом и обратном направлениях через один и тот же ряд равновесных состояний, не вызывая изменения в самом газе и в телах, окружающих систему. Неравновесные процессы необратимы и все действительные процессы в теплотехнике практически необратимы.