Занятие № 1: Анализ основных термодинамических процессов и термодинамических циклов ДВС

 

Цель и задачи занятия - формирование у студентов знаний и умений применения теоретических основ термодинамики для практического проведения расчетов.

 

Количество часов, отводимых на занятие – 8 часов.

Краткие теоретические сведения

 

Основные понятия и определения

 

Термодинамическая система - тело или совокупность тел, полностью характеризующихся некоторым набором значений макроскопических параметров.

Термодинамические параметры - физические величины, характеризующие макроскопическое состояние тел. К ним относятся температура Т, давление р, объем V.

Температура (t, ⁰С; Т, К) - термодинамический параметр характеризующий степень нагретости тел.

Объем (V, м³), удельный объем ( v, м³/кг), молярный объем (v ^мол, м³/моль) - соответственно, объем всего тела, объем, приходящийся на единицу массы или на один моль вещества.

Давление (р, Н/м², Па) - термодинамический параметр, характеризующий суммарное импульсное воздействие частиц тела на ограничивающую его поверхность.

Равновесное состояние системы - это, как правило, установившееся состояние системы, которое характеризуется определенным набором численных значений термодинамических параметров. Равновесное состояние системы характеризуется уравнением состояния j (р, Т, V) = 0.

Уравнение состояния системы - функциональная связь между термодинамическими параметрами системы, находящейся в равновесии:
р = j(Т, V); Т = f (р, V) или V = f(Т, р).

Идеальный газ - газ, молекулы которого не обладают взаимным притяжением и взаимодействуют между собой соударяясь как абсолютно упругие тела. Реальные газы при сравнительно небольших избыточных давлениях (до 10¸10⁵ Па) разрежены и близки по свойствам к идеальным.

Уравнение состояния идеальных газов. В равновесных состояниях термодинамические параметры идеального газа взаимосвязаны уравнением, известным как уравнение Менделеева-Клапейрона (объединенный газовый закон):

 

, (1.1)

где n - количество киломолей газа,

М - масса газа (кг),

μ - молярная масса газа (кг/кмоль),

R - универсальная газовая постоянная, R = 8314 Дж/(кмоль·К).

Внутренняя энергия системы (U, Дж) - совокупность всех видов энергии в веществах системы, которая является функцией состояния системы. Внутренняя энергия идеального газа зависит только лишь от температуры и обусловлена его кинетической энергией, которая для одного моля равна:

 

U = (3/2)RТ для одноатомных газов (1.2)

 

U = (5/2)RТ для двухатомных газов (1.3)

 

Равновесный термодинамический процесс - процесс воздействия на систему, при котором изменение состояний системы проходит через равновесные состояния, в которых термодинамические параметры взаимосвязаны уравнением состояния.

Теплота процесса (Q, Дж) - количество энергии, переданной в процессе в микроскопической форме без заметных механических перемещений тел.

Работа процесса (L, Дж) - количество энергии, переданной в процессе в макроскопической форме при заметных механических перемещениях тел.

Первый закон термодинамики - закон сохранения энергии в процессах с участием теплоты. Теплота, подведенная к системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и совершение работы:

Q = U + L (в интегральной форме), (1.4)

d Q = dU + d L (в дифференциальной форме) (1.5)

 

Теплота и работа процесса зависят от пути его проведения и не являются функциями состояния системы.