Основные параметры состояния газа

Вопросы для зачета ТГС и вентиляция

Параметры состояния газа — это величины, характеризующие данное состояние газа.К параметрам состояния газа относятся:абсолютная температура,абсолютное давление,удельный объем,внутренняя энергия,энтропия,энтальпия вещества. Состояние система газа может быть равновесным или неравновесным. Равновесным считают состояние, при котором параметры газа (p, V, T) остаются неизменными сколь угодно долго, пока какие-либо внешние воздействия не выведут систему из этого состояния (предполагается отсутствие потоков масс, теплоты и т. п.).

внутренняя энергия газа Примером равновесного состояния может служить система из воды и пара, размещенная в закрытом термоизолированном сосуде. Равновесным состоянием называется состояние системы, не изменяющееся с течением времени и при постоянных внешних условиях и сохраняется произвольно долгое время. Параметры состояния системы разделяются на внешние и внутренние. Внешними параметрами системы называются физические величины, которые зависят от положения в пространстве и различных свойств тел, являющихся внешними по отношению к данной системе. Внутренними параметрами системы называются физические величины, зависящие как от положения внешних по отношению к системе тел, так и от координат и скоростей частиц, образующих данную систему.Равновесной системой является также газ, находящийся в теплоизолированном цилиндре под поршнем, на который действует постоянная сила. Но газ, находящийся в цилиндре с подвижным поршнем, может перейти с некоторой скоростью из одного состояния в другое, например расшириться или сжаться. При расширении газ, прилегающий непосредственно к поршню, находится под меньшим давлением, чем газ, находящийся в удалении от подвижного поршня; при сжатии, наоборот, его давление вблизи поршня выше. Поэтому состояние газа в данном случае считается неравновесным (в его объеме параметры или параметр различается по величине). По той же причине будет неравновесным газ, если к цилиндру подвести теплоту, поскольку температура слоев газа, расположенных рядом с нагреваемыми стенками цилиндра будет выше, чем температура удаленных от стенок слоев.Каждое равновесное состояние системы можно изобразить в системе координат одной единственной точкой, характеризующей постоянство всех параметров.Последовательность изменения термодинамического состояния системы называют термодинамическим процессом. Термодинамический процесс сопровождается в общем случае изменением всех или некоторых параметров системы газа.Если изменение параметров газа во времени происходит очень медленно, то их разностью в разных частях системы во время процесса можно пренебречь. Такой переход системы из одного состояния в другое можно условно считать состоящим из непрерывной череды равновесных состояний, т. е. равновесным термодинамическим процессом. Очевидно, что при переходе газа из одного состояния в другое с конечной скоростью равенство параметров газа соблюдаться не будет, и такой процесс не является равновесным.

2.Теплоемкость тела .— физическая величина, определяемая отношением бесконечно малого количества теплоты δ Q, полученного телом, к соответствующему приращению его температуры δ T ^[1]: Единица измерения теплоёмкости в Международной системе единиц (СИ) — Дж/К.Удельная теплоёмкость.Удельной теплоёмкостью называется теплоёмкость, отнесённая к единичному количеству вещества. Количество вещества может быть измерено в килограммах, кубических метрах и молях. В зависимости от того, к какой количественной единице относится теплоёмкость, различают массовую, объёмную и молярную теплоёмкость.Массовая удельная теплоёмкость (С), также называемая просто удельной теплоёмкостью — это количество теплоты, которое необходимо подвести к единице массы вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры. В СИ измеряется в джоулях на килограмм на кельвин (Дж·кг⁻¹·К⁻¹).Объёмная теплоёмкость (С′) — это количество теплоты, которое необходимо подвести к единице объёма вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры. В СИ измеряется в джоулях на кубический метр на кельвин (Дж·м⁻³·К⁻¹).

Молярная теплоёмкость (С _μ) — это количество теплоты, которое необходимо подвести к 1 молю вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры. В СИ измеряется в джоулях на моль на кельвин (Дж/(моль·К)).Теплоёмкость для различных процессов и состояний вещества

Понятие теплоёмкости определено как для веществ в различных агрегатных состояниях (твёрдых тел, жидкостей, газов), так и для ансамблей частиц и квазичастиц (в физике металлов, например, говорят о теплоёмкости электронного газа).Для примера, в молекулярно-кинетической теории газов показывается, что молярная теплоёмкость идеального газа с i степенями свободы при постоянном объёме (для одного моля идеального газа) равна: где R ≈ 8,31 Дж/(моль·К) — универсальная газовая постоянная.А при постоянном давлении

Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое сопровождается скачкообразным изменением теплоёмкости в конкретной для каждого вещества температурной точке превращения —температура плавления (переход твёрдого тела в жидкость), температура кипения (переход жидкости в газ) и, соответственно, температуры обратных превращений: замерзания и конденсации.Удельные теплоёмкости многих веществ приведены в справочниках обычно для процесса при постоянном давлении. К примеру, удельная теплоёмкость жидкой воды при нормальных условиях — 4200 Дж/(кг·К); льда — 2100 Дж/(кг·К).

Теория теплоёмкости.Существует несколько теорий теплоёмкости твердого тела:-Закон Дюлонга — Пти и закон Джоуля — Коппа. Оба закона выведены из классических представлений и с определенной точностью справедливы лишь для нормальных температур (примерно от 15 °C до 100 °C).-Квантовая теория теплоёмкостей Эйнштейна. Первое применение квантовых законов к описанию теплоёмкости.-Квантовая теория теплоёмкостей Дебая. Содержит наиболее полное описание и хорошо согласуется с экспериментом.Теплоёмкость системы невзаимодействующих частиц (например, идеального газа) определяется числом степеней свободы частиц.

3.Термодинамические процессы. первый закон термодинамики. Любое состояние равновесия рабочего тела можно охарактеризовать его параметрами. Если в результате взаимодействия с окружающей средой хотя бы один из параметров изменяется, то происходит термодинамический процесс. Ранее было дано определение равновесного процесса, т.е. такого идеального процесса, когда в любой момент времени система находится в равновесии с окружающей средой.В термодинамике существуют понятия обратимых и необратимых процессов. Обратимым называется идеальный процесс, после совершения которого в прямом, а затем в обратном направлении рабочее тело возвращается в свое первоначальное состояние без дополнительных затрат энергии. При этом как в самом рабочем теле, так и в окружающей среде не происходит никаких остаточных изменений. Все реальные процессы необратимы. Необратимость процессов обусловлена, во-первых, наличием трения при совершении работы. Часть работы неизбежно будет превращена в теплоту трения, а обратный переход без дополнительных затрат энергии невозможен. Во-вторых, при передаче теплоты нужно обеспечить соответствующий перепад между температурами рабочего тела и окружающей среды. На это также должна быть затрачена дополнительная энергия. Рис. 1. Пусть p’ и T’ – параметры окружающей среды, а р и Т - параметры рабочего тела (рис. 1). Чтобы произошел обмен энергией между системой и окружающей средой, должны быть выполнены условия: Очевидно, что такой процесс окажется необратимым. С другой стороны при совершении равновесного термодинамического процесса, происходящего бесконечно медленно, параметры окружающей среды и рабочего тела должны быть одинаковы: и процесс оказывается обратимым. Таким образом, все равновесные процессы являются обратимыми.В термодинамике рассматриваются обратимые процессы, протекающие в идеализированных системах. В этом случае процесс поддается полному термодинамическому анализу при известных свойствах тел. В практических расчетах переход от обратимых процессов к действительным осуществляется с помощью эмпирических коэффициентов, учитывающих отклонения реальных процессов от идеальных. Первый закон термодинамики.Внутренняя энергия может изменяться только под влиянием внешних воздействий, то есть в результате сообщения системе количества теплоты Q и совершения над ней работы (- А): или . (11)Это выражение представляет собой закон сохранения энергии в применении к макроскопическим системам и является математической формулировкой I-го начала термодинамики:количество тепла, сообщенное системе, идет на приращение внутренней энергии системы и на совершение системой работы над внешними телами. Если в изолированной системе (Q = A = 0) не происходит никаких превращений энергии, кроме теплообмена между телами, входящими в эту систему, то количество теплоты, отданное охлаждающимися при этом телами, равно количеству теплоты, полученному телами, которые нагреваются. Суммарная внутренняя энергия системы при этом не меняется. . Уравнение (12) называется уравнением теплового баланса.

Применим первое начало термодинамики для получения выражений для теплоемкости идеального газа.Теплоемкость системы численно равна количеству теплоты, которое необходимо сообщить системе, чтобы ее температура увеличилась на 1 Кельвин. Если система получила количество тепла DQ, и ее температура изменилась на DT, то теплоемкость этой системы будет равна: C = DQ/DT. Если под системой понимается 1 моль вещества, то теплоемкость называется молярной и обозначается С, если под системой понимается единица массы вещества, то теплоемкость называется удельной и обозначается c_уд: c_уд = C/M. Элементарное количество теплоты DQ, сообщаемое системе, представляющей собой молей идеального газа, для изменения ее температуры от Т до Т + DT, равно: . Внутреннюю энергию можно изменить двумя способами: путем передачи теплоты и путем совершения работы. При теплопередаче молекулы более нагретого тела передают часть своей энергии хаотического движения молекулам более холодного тела. Переданное количество теплоты является мерой изменения внутренней энергии каждого из тел: DU = Q. Принято считать, что Q > 0, если тело получает энергию, и Q < 0, если тело отдает свою энергию. При совершении механической работы должно происходить направленное перемещение тел под действием сил, например, перемещение поршня в цилиндре с газом. Если газ расширяется, то сила давления газа на поршень совершает положительную работу (A > 0) за счет внутренней энергии газа. Если внешние силы больше силы давления газа, то газ сжимается и работа газа будет отрицательной (A < 0), при этом внутренняя энергия увеличивается. В обоих случаях будет справедливо уравнение DU = – A. Если система одновременно совершает работу и получает или отдает теплоту, то изменение ее внутренней энергии DU = Q – A. равнение DU = Q – A называется первым законом термодинамики (или первым законом термодинамики). Изменение внутренней энергии термодинамической системыDU равно разности полученного количества теплоты Q и работы A, совершенной системой. Первый закон термодинамики является законом сохранения энергии для тепловых процессов. Согласно ему A = Q – DU. Этот закон говорит о том, что любая машина (любой двигатель) может совершать работу только за счет получения извне некоторого количества теплоты или уменьшения своей внутренней энергии. Многие изобретатели пытались построить машины, которые совершали бы работу, не тратя никакой энергии. Эти машины назывались вечными двигателями первого рода. Вечный двигатель первого рода не возможен – таков вывод из первого закона термодинамики.

Поиск по сайту: