Основные параметры состояния газа: 35 Параметры состояния газа. Уравнение состояния идеального газа. Первый закон термодинамики. Основные процессы идеального газа.

Содержание

ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ | это… Что такое ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ?

ТолкованиеПеревод

ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ

ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ: (термодинамические параметры), физ. величины, характеризующие состояние термодинамич. системы: темп-pa, давление, уд. объём, намагниченность, электрич. поляризация и др. Различают э к с т е н с и в н ы е П. с., пропорц. массе системы, и и н т е н с и в н ы е П. с., не зависящие от массы системы. К экстенсивным П. с. относятся объём, внутренняя энергия, энтропия, энтальпия, Гиббса энергия, Гельмгольца энергия (свободная энергия), к интенсивным — давление, темп-pa, концентрация, магн. индукция и др. Не все П. с. независимы, так что равновесное состояние системы можно однозначно определить, установив значения огранич. числа П. с. (см. УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ, ГИББСА ПРАВИЛО ФАЗ).

ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ

(термодинамическиепараметры) — физ. величины, характеризующие равновесное состояние термодинамич. плотность, давление, намагниченность, электрич. внутренняя энергия U, энтропия S, энтальпия Н, Гельмголъцаэнергия, или свободная энергия F, Гиббса энергия G), и интенсивныеП. с., не зависящие от массы системы (темп-pa Т, давление Р,концептрация с, хим. потенциал ).В состоянии термодинамич. равновесия П. с. не зависят от времени и пространств. Термодииамич. состояние определяется заданиемсовокупности независимых П. с. Однако не все П. с. являются независимыми. Уравнениесостояния выражает зависимые П.

с. через независимые; напр., давлениеявляется ф-цией темп-ры и объёма Р = P(V, Т). Объём является внешнимП. с., т. к. определяется положением внеш. тел (стенки сосуда, положениепоршня). Темп-pa зависит только от внутр. состояния системы и наз. внутреннимП. с. В общем случае Р= Р(а₁,…, а _п, Т), где а _i — внеш. П. с.
Элементарная работа термодинамич. системы определяется П. с., напр. для жидкости или газа = PdV, а в общем случае где Х _i = Х _i (а₁,…, а _п, Т) — обобщённые силы, являющиеся также П. с. Каждому набору независимыхП. с. соответствуют определ. потенциалы термодинамические (характеристическиефункции), определяющие все термодинамич. свойства системы и зависящиелишь от выбранных параметров; напр., внутр. энергия U = U(V, S), энтропия S = S(V, U), энтальпия H = Н(Р, S), энергия Гельмгольца(свободная энергия F = F(V, Т), энергия Гиббса G= G(P,T, N), N — число частиц.

Для многокомпонентных систем нужно учитыватьещё дополнит. П. с.: концентрации компонент с _i или иххим. потенциалы .Для многофазных систем каждая фаза описывается своим парциальным термодинамич. Гиббса правило фаз).

Д. Н. Зубарев.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.

Игры ⚽ Нужен реферат?

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ РЕЗОНАНС
ПАРАПРОЦЕСС

Полезное

Определение параметров состояния рабочего тела и эксергии в характерных точках цикла

Другие предметы \ Термодинамика

Страницы работы

7 страниц (Word-файл)

Посмотреть все страницы

Скачать файл

Содержание работы

Дан двигатель внутреннего сгорания. Рабочее тело обладает свойствами идеального газа N₂. заданы начальные параметры состояния газа и основные характеристики цикла: Р₁=0,095 МПа, t₁= 20 ^oC, ε = V₁/V₂ = 5,5, λ = Р₃/Р₂ = 1,6, ρ = V₄/V₃ = 1,55, η_oi = 0,88, n = 1,25.

I. Определить параметры состояния рабочего тела и эксергию в характерных точках цикла.

Параметры состояния в характерных точках цикла Таблица 1

Параметры	р	Т	v	u	h	*s^o*	s	*е_х*
Размерность Точки	МПа	К	м³/кг	кДж/кг	кДж/кг	кДж/кгК	кДж/кгК	кДж/кг
1	0,095	293	0,916	217,08	304,09	6,8184	0	-4,0996
2	1,021	574	0,167	428,614	599,03	7,52285	0	291,0668
3	1,633	918	0,167	708,075	980,585	8,0421	0,37977	565,1384
4	1,633	1424	0,259	1163,789	1586,476	8,56637	0,90404	1022,6808
5	0,337	1039	0,916	812,924	1121,346	8,18608	0,99244	532,5053

1. Из уравнения состояния найдем v₁:

, где R = 297 Дж/кгК

2. Из коэффициента сжатия газа ε найдем v₂

найдем термодинамическую функцию θ₀₂ через известные объемы газа

находим по таблице Ривкина Т₂ = 574 К и из уравнения состояния находим р₂:

3. Так как процесс 2-3 изохорный, т.е. v = const, то v₂ = v₃. Из степени повышения давления λ найдем р₃:

Из уравнения состояния найдем Т₃:

4. Так как процесс 3-4 изобарный, т.е. р = const, то р₃ = р

4, тогда из степени предварительного расширения ρ найдем v₄:

Из уравнения состояния найдем Т₄:

5. Так как процесс 5-1 изохорный, т.е. v = const, то v₅ = v₁; n = 1,25

6. Найдем энтропию

s₁ = 0, по условию задачи

s₂ = s₁+ ∆s_1-2 = 0 + 0 = 0 кДж/кгК

s₃ = s₂+ ∆s_2-3 = 0 + 0,37977 = 0,37977 кДж/кгК

s₄ = s₃+ ∆s_3-4 = 0,37977 + 0,52427 = 0,90404 кДж/кгК

s₅ = s₄+ ∆s_4-5 = 0,90404 + 0,0884 = 0,99244 кДж/кгК

7. Найдем эксергию

р_о = 0,1 МПа, T_o = 283 К, h_o = 293,7 кДж/кг, s_o^о = 6,7824 кДж/кгК

эксергию будем считать как эксергию потока:

e_x =

кДж/кгК

e_x¹ = кДж/кг

e_x² = кДж/кг

e_x³ = кДж/кг

e_x⁴ = кДж/кг

e_x⁵ = кДж/кг

II. Определить изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии, работу расширения (сжатия), полезную работу и подведенную (отведенную) теплоту в каждом процессе и в целом за цикл.

Характеристики процессов Таблица 2

Характеристики	∆u	∆h	∆s	*l_расш*	*l_полез*	q
Размерность Процессы	кДж/кг	кДж/кг	кДж/кгК	кДж/кг	кДж/кг	кДж/кг
1-2-адиабатный	211,534	294,94	0	-211,534	-294,94	0
2-3-изохорный	279,461	381,555	0,37997	0	-102,204	279,461
3-4-изобарный	455,714	605,891	0,52247	150,282	0	605,891
4-5-политропный	-350,865	-465,13	0,0884	457,38	571,725	106,595
5-1-изохорный	-595,84	-817,256	-0,9916	0	221,672	-595,84
За цикл	0	0	-0,00076	396,128	396,253	396,107

1. Найдем изменение внутренней энергии

1-2: ∆u = u₂— u₁= 428,6142 — 217,08 = 211,534 кДж/кг

2-3: ∆u = u₃— u₂= 708,075 — 428,614 = 279,461 кДж/кг

3-4: ∆u = u₄— u₃= 1163,789 — 708,075 = 455,714 кДж/кг

4-5: ∆u = u₅— u₄= 812,924 — 1163,789 = -350,865 кДж/кг

5-1: ∆u = u₁— u₅= 217,08 — 812,924 = -595,84 кДж/кг

∆u_ц = ∆u_1-2+ ∆u_2-3+ ∆u_3-4+ ∆u_4-5+ ∆u_5-1 = 211,534 + 279,461 + 455,714 — 350,865 — 595,84 =

= 0 кДж/кг

2. Найдем изменение энтальпии

1-2: ∆h = h₂— h₁ = 599,03 — 304,09 = 294,93 кДж/кг

2-3: ∆h = h₃— h₂ = 9810,585 — 599,03 = 381,555 кДж/кг

3-4: ∆h = h₄— h₃ = 1596,476 — 980,585 = 605,891 кДж/кг

4-5: ∆h = h₅— h₄ = 1121,346 — 1586,476 = -465,13 кДж/кг

5-1: ∆h = h₁— h₅ = 304,09 — 1121,346 = -817,256 кДж/кг

∆h_ц_{=
∆h_1-2+ ∆h_2-3+
∆h_3-4+ ∆h_4-5+
∆h_5-1 = 294,94 + 381,555 + 605,891 — 465,13 —
817,256 =}

= 0 кДж/кг

3. Найдем изменение энтропии

1-2: ∆S = 0, т.к. процесс адиабатный

2-3: кДж/кгК

3-4: кДж/кгК

4-5: кДж/кгК

5-1: кДж/кгК

∆S_ц = ∆S_1-2+ ∆S_2-3+ ∆S_3-4+ ∆S_4-5+ ∆S_5-1 = 0 + 0,37977 + 0,52427 + 0,884 — 0,9916 =

= -0,00076 кДж/кгК

4.Найдем работу расширения

1-2: l_расш = -∆u = u₁— u₂ = 217,08 — 428,614 = -211,534 кДж/кг

2-3: l_расш = 0 кДж/кг, т.к. процесс изохорный

3-4: l_расш = кДж/кг

4-5: l_расш =

n = 1,25-показатель политропы

l_расш = кДж/кг

5-1: l_расш = 0 кДж/кг, т.к. процесс изохорный

l_расш^ц = l_расш^1-2+ l_расш^2-3+ l_расш^3-4+ l_расш^4-5+ l_расш^5-1 = -211,534 + 0 + 150,282 + 457,38 + 0=

= 396,128 кДж/кг

5. Найдем полезную работу

1-2: l_пол = -∆h = h₁— h₂ = 304,09 — 599,03 = -294,94 кДж/кг

2-3: l_пол = кДж/кг

3-4: l_пол = 0 кДж/кг, т.к. процесс изобарный

4-5: l_пол = кДж/кг

5-1: l_пол = кДж/кг

l_пол^ц = l_пол^1-2+ l_пол^2-3+ l_пол^3-4+ l_пол^4-5+ l_пол^5-1 = -294,94 — 102,204 + 0 + 571,725 + 221,672 =

= 396,253 кДж/кг

Информация о работе

Скачать файл

Выбери свой ВУЗ

АлтГТУ 419
АлтГУ 113
АмПГУ 296
АГТУ 267
БИТТУ 794
БГТУ «Военмех» 1191
БГМУ 172
БГТУ 603
БГУ 155
БГУИР 391
БелГУТ 4908
БГЭУ 963
БНТУ 1070
БТЭУ ПК 689
БрГУ 179
ВНТУ 120
ВГУЭС 426
ВлГУ 645
ВМедА 611
ВолгГТУ 235
ВНУ им. Даля 166
ВЗФЭИ 245
ВятГСХА 101
ВятГГУ 139
ВятГУ 559
ГГДСК 171
ГомГМК 501
ГГМУ 1966
ГГТУ им. Сухого 4467
ГГУ им. Скорины 1590
ГМА им. Макарова 299
ДГПУ 159
ДальГАУ 279
ДВГГУ 134
ДВГМУ 408
ДВГТУ 936
ДВГУПС 305
ДВФУ 949
ДонГТУ 498
ДИТМ МНТУ 109
ИвГМА 488
ИГХТУ 131
ИжГТУ 145
КемГППК 171
КемГУ 508
КГМТУ 270
КировАТ 147
КГКСЭП 407
КГТА им. Дегтярева 174
КнАГТУ 2910
КрасГАУ 345
КрасГМУ 629
КГПУ им. Астафьева 133
КГТУ (СФУ) 567
КГТЭИ (СФУ) 112
КПК №2 177
КубГТУ 138
КубГУ 109
КузГПА 182
КузГТУ 789
МГТУ им. Носова 369
МГЭУ им. Сахарова 232
МГЭК 249
МГПУ 165
МАИ 144
МАДИ 151
МГИУ 1179
МГОУ 121
МГСУ 331
МГУ 273
МГУКИ 101
МГУПИ 225
МГУПС (МИИТ) 637
МГУТУ 122
МТУСИ 179
ХАИ 656
ТПУ 455
НИУ МЭИ 640
НМСУ «Горный» 1701
ХПИ 1534
НТУУ «КПИ» 213
НУК им. Макарова 543
НВ 1001
НГАВТ 362
НГАУ 411
НГАСУ 817
НГМУ 665
НГПУ 214
НГТУ 4610
НГУ 1993
НГУЭУ 499
НИИ 201
ОмГТУ 302
ОмГУПС 230
СПбПК №4 115
ПГУПС 2489
ПГПУ им. Короленко 296
ПНТУ им. Кондратюка 120
РАНХиГС 190
РОАТ МИИТ 608
РТА 245
РГГМУ 117
РГПУ им. Герцена 123
РГППУ 142
РГСУ 162
«МАТИ» — РГТУ 121
РГУНиГ 260
РЭУ им. Плеханова 123
РГАТУ им. Соловьёва 219
РязГМУ 125
РГРТУ 666
СамГТУ 131
СПбГАСУ 315
ИНЖЭКОН 328
СПбГИПСР 136
СПбГЛТУ им. Кирова 227
СПбГМТУ 143
СПбГПМУ 146
СПбГПУ 1599
СПбГТИ (ТУ) 293
СПбГТУРП 236
СПбГУ 578
ГУАП 524
СПбГУНиПТ 291
СПбГУПТД 438
СПбГУСЭ 226
СПбГУТ 194
СПГУТД 151
СПбГУЭФ 145
СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 379
ПИМаш 247
НИУ ИТМО 531
СГТУ им. Гагарина 114
СахГУ 278
СЗТУ 484
СибАГС 249
СибГАУ 462
СибГИУ 1654
СибГТУ 946
СГУПС 1473
СибГУТИ 2083
СибУПК 377
СФУ 2424
СНАУ 567
СумГУ 768
ТРТУ 149
ТОГУ 551
ТГЭУ 325
ТГУ (Томск) 276
ТГПУ 181
ТулГУ 553
УкрГАЖТ 234
УлГТУ 536
УИПКПРО 123
УрГПУ 195
УГТУ-УПИ 758
УГНТУ 570
УГТУ 134
ХГАЭП 138
ХГАФК 110
ХНАГХ 407
ХНУВД 512
ХНУ им. Каразина 305
ХНУРЭ 325
ХНЭУ 495
ЦПУ 157
ЧитГУ 220
ЮУрГУ 309

Полный список ВУЗов

Термодинамика | Законы, определения и уравнения

Ключевые люди:: Макс Планк Джеймс Клерк Максвелл Гилберт Н. Льюис Дж. Уиллард Гиббс Илья Пригожин

Похожие темы:: нагревать законы термодинамики энергия Транспортное уравнение Больцмана система

Просмотреть весь соответствующий контент →

Прочтите краткий обзор этой темы

термодинамика , наука о взаимосвязи между теплом, работой, температурой и энергией. В широком смысле термодинамика имеет дело с переносом энергии из одного места в другое и из одной формы в другую. Ключевое понятие состоит в том, что теплота — это форма энергии, соответствующая определенному количеству механической работы.

Тепло не было официально признано формой энергии примерно до 179 г.8, когда граф Румфорд (сэр Бенджамин Томпсон), британский военный инженер, заметил, что при сверлении пушечных стволов может выделяться неограниченное количество тепла и что количество выделяемого тепла пропорционально работе, выполняемой при повороте тупого сверлильного инструмента. . Наблюдение Румфордом пропорциональности между произведенным теплом и выполненной работой лежит в основе термодинамики. Другим пионером был французский военный инженер Сади Карно, который в 1824 г. ввел понятие теплового цикла и принцип обратимости. высокотемпературный теплообмен как его движущая сила. Позже в том же столетии эти идеи были развиты Рудольфом Клаузиусом, немецким математиком и физиком, в первый и второй законы термодинамики соответственно.

Наиболее важные законы термодинамики:

Нулевой закон термодинамики. Когда две системы находятся в тепловом равновесии с третьей системой, первые две системы находятся в тепловом равновесии друг с другом. Это свойство делает целесообразным использование термометров в качестве «третьей системы» и для определения температурной шкалы.
Первый закон термодинамики или закон сохранения энергии. Изменение внутренней энергии системы равно разнице между теплом, переданным системе из окружающей среды, и работой, совершенной системой над окружающей средой.
Второй закон термодинамики. Теплота не перетекает самопроизвольно из более холодной области в более горячую, или, что то же самое, теплота при данной температуре не может быть полностью преобразована в работу. Следовательно, энтропия замкнутой системы, или тепловая энергия на единицу температуры, со временем увеличивается до некоторого максимального значения. Таким образом, все закрытые системы стремятся к равновесному состоянию, в котором энтропия максимальна и нет энергии для выполнения полезной работы.
Третий закон термодинамики. Энтропия идеального кристалла элемента в его наиболее стабильной форме стремится к нулю, когда температура приближается к абсолютному нулю. Это позволяет установить абсолютную шкалу энтропии, которая со статистической точки зрения определяет степень случайности или беспорядка в системе.

Хотя термодинамика быстро развивалась в 19 веке в связи с необходимостью оптимизации характеристик паровых двигателей, широкая общность законов термодинамики делает их применимыми ко всем физическим и биологическим системам. В частности, законы термодинамики дают полное описание всех изменений энергетического состояния любой системы и ее способности совершать полезную работу над своим окружением.

Эта статья посвящена классической термодинамике, которая не включает рассмотрение отдельных атомов или молекул. Такие проблемы находятся в центре внимания раздела термодинамики, известного как статистическая термодинамика или статистическая механика, которая выражает макроскопические термодинамические свойства с точки зрения поведения отдельных частиц и их взаимодействий. Она уходит своими корнями во вторую половину XIX века, когда стали общепринятыми атомарные и молекулярные теории материи.

Фундаментальные понятия

Термодинамические состояния

Применение термодинамических принципов начинается с определения системы, которая в некотором смысле отличается от своего окружения. Например, системой может быть образец газа внутри цилиндра с подвижным поршнем, целая паровая машина, марафонец, планета Земля, нейтронная звезда, черная дыра или даже вся Вселенная. В общем, системы могут свободно обмениваться теплом, работой и другими формами энергии со своим окружением.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Состояние системы в любой момент времени называется ее термодинамическим состоянием. Для газа в цилиндре с подвижным поршнем состояние системы определяется по температуре, давлению и объему газа. Эти свойства являются характеристическими параметрами, которые имеют определенные значения в каждом состоянии и не зависят от того, каким образом система пришла в это состояние. Другими словами, любое изменение значения свойства зависит только от начального и конечного состояний системы, а не от пути, пройденного системой из одного состояния в другое. Такие свойства называются функциями состояния. Напротив, работа, совершаемая при движении поршня и расширении газа, и тепло, поглощаемое газом из окружающей среды, зависят от подробного способа, которым происходит расширение.

Поведение сложной термодинамической системы, такой как атмосфера Земли, можно понять, если сначала применить принципы состояний и свойств к ее составным частям — в данном случае к воде, водяному пару и различным газам, составляющим атмосферу. Изолируя образцы материала, состояния и свойства которых можно контролировать и манипулировать ими, можно изучать свойства и их взаимосвязи по мере изменения системы от состояния к состоянию.

Определение уравнения состояния (EOS)

Печать

В предположении состояния равновесия для полного определения состояния системы необходимы три свойства: давление (P), объем (V) и температура (T). Следовательно, мы должны быть в состоянии сформулировать уравнение, связывающее эти 3 переменные, в форме f(P,T,V)=0.

Уравнение состояния (EOS) представляет собой функциональную связь между переменными состояния — обычно полным набором таких переменных. Большинство УС написано, чтобы выразить функциональные отношения между P, T и V. Верно также и то, что большинство УС по-прежнему являются эмпирическими или полуэмпирическими. Отсюда определение:

Уравнение состояния (УС) представляет собой полуэмпирическую функциональную зависимость между давлением, объемом и температурой чистого вещества. Мы также можем применить EOS к смеси, вызвав соответствующие правила смешивания.

Было предпринято несколько попыток вывести теоретически обоснованное EOS; но, вообще говоря, больших успехов на этом пути достигнуто не было. В результате мы используем то, что известно как полуэмпирический EOS. Большинство используемых сегодня уравнений состояния носят полуэмпирический характер, потому что они подгоняются под доступные данные. Кроме того, уравнения состояния обычно разрабатывают для чистых веществ. Их применение к смесям требует дополнительной переменной (состава) и, следовательно, соответствующего правила смешивания.

Функциональная форма EOS может быть выражена следующим образом:

f(P,V,T,ak=1,np)=0Это уравнение отображается неправильно из-за несовместимого браузера. Список совместимых браузеров см. в разделе «Технические требования» в руководстве. (7.4)

, где a _k = параметры уравнения состояния.

Как мы уже говорили ранее, большинство применяемых УС сегодня являются полуэмпирическими, в том смысле, что они имеют некоторую теоретическую основу, но их параметры (a _k ) должны быть скорректированы. Количество параметров (n _p) определяет категорию/сложность EOS. Например, 1-параметрические УС — это те, для которых n _p = 1, а 2-параметрические УС — те, для которых n _p = 2. Чем выше «n _p », тем сложнее УС. . Кроме того, в общих чертах, чем сложнее EOS, тем она точнее. Тем не менее, это не всегда так; в некоторых случаях довольно простой EOS может сделать очень хорошую работу.

Со времен закона идеального газа (EOS идеального газа) было предложено большое количество уравнений состояния для описания поведения реального газа. Однако многие из них не прошли проверку временем.