Процессы изменения состояния термодинамических систем

Содержание

Слайд 2

При изучении термодинамических процессов определяются: 1) закономерность изменения параметров состояния рабочего

При изучении термодинамических процессов определяются:
1) закономерность изменения параметров состояния рабочего тела,

то есть выводится уравнение процесса или дается его графическое изображение в координатах p-v, p-T, Т-s и т.д.;
2) параметры состояния системы в начальной и конечной точках процесса;
3) численные значения работы и теплообмена в процессе;
4) изменение значений внутренней энергии, энтальпии и энтропии рабочего тела.
Простейшие термодинамические процессы
Простейшими термодинамическими процессами обычно считают изобарный, изохорный и изопотенциальные процессы.
Слайд 3

Изобарный процесс – процесс в котором давление в системе остается постоянным .

Изобарный процесс – процесс в котором давление в системе остается постоянным

.


Слайд 4

Изобарные процессы подвода или отвода теплоты происходят в поршневых двигателях внутреннего

Изобарные процессы подвода или отвода теплоты происходят в поршневых двигателях внутреннего

сгорания, газотурбинных, паросиловых, холодильных установках и др.
Для идеального газа в изобарном процессе (1-2) соотношение объемов прямо пропорционально соотношению температур
Удельная термодинамическая и потенциальная работы в изобарном процессе определяются из соотношений
Слайд 5

Для идеального газа Количество теплоты, подведенной к рабочему телу или отведенной

Для идеального газа
Количество теплоты, подведенной к рабочему телу или отведенной от

него в изобарном процессе, опреде-ляется из выражения первого начала термодинамики
Для идеального газа
Слайд 6

Изохорный процесс – процесс, при котором объем системы или удельный объем рабо- чего тела остается постоянным.

Изохорный процесс – процесс, при котором объем системы или удельный объем

рабо- чего тела остается постоянным.
Слайд 7

В изохорных процессах происходит увеличение или уменьшение давления, что связано с

В изохорных процессах происходит увеличение
или уменьшение давления, что связано с

соответствен –
ным изменением температуры – подводом или отводом
теплоты.
Изохорные процессы подвода или отвода теплоты
происходят в поршневых двигателях внутреннего сго-
рания, газотурбинных, паросиловых установках и др.
Для идеального газа в изохорном процессе соотношение давлений прямо пропорционально соотношению температур
Слайд 8

Удельная термодинамическая и потенциальная работы в изохорном процессе определяются из соотно-

Удельная термодинамическая и потенциальная
работы в изохорном процессе определяются из соотно-
шений


Для идеального газа
Количество теплоты, подведенной к рабочему телу
или отведенной от него в изохорном процессе, определя-
ется из выражения первого начала термодинамики
Слайд 9

Для идеального газа Изопотенциальный процесс – термодинамический процесс изменения состояния системы,


Для идеального газа
Изопотенциальный процесс – термодинамический
процесс изменения состояния системы, при

котором
значение потенциальной функции сохраняет неизменное
значение
Слайд 10

Для идеального газа, согласно уравнению Клапейрона изопотенциальный процесс является и изотермическим

Для идеального газа, согласно уравнению Клапейрона
изопотенциальный процесс
является и

изотермическим .
Удельная термодинамическая и потенциальная работы
в изопотенциальном процессе определяются из следую-
щих соотношений:
Слайд 11

Нетрудно заметить, что постоянство приводит к условию Поэтому, в изопотенциальном процессе


Нетрудно заметить, что постоянство
приводит к условию
Поэтому, в изопотенциальном процессе численные значения

термодинамической и потенциальной работ равны между собой.
Слайд 12

Для идеального газа pv=RT=idem (изотермический) Количество теплоты, подведенной к рабочему телу

Для идеального газа pv=RT=idem (изотермический)
Количество теплоты, подведенной к рабочему телу

или отведенной от него в изопотенциальном процессе определяется из выражения первого начала термодинамики по балансу рабочего тела
Для идеалного газа du=0; dh=0
Слайд 13

Адиабатный процесс - термодинамический процесс изменения состояния системы, при котором отсутствует

Адиабатный процесс - термодинамический процесс изменения состояния системы, при котором отсутствует теплообмен и

в силу обратимости процесса энтропия остается величиной постоянной
Слайд 14

Из выражения первого начала термодинамики для простого тела при условии имеем


Из выражения первого начала термодинамики для
простого тела при условии имеем
Отсюда

следует выражение для показателя адиабатного процесса
где ns=k – показатель адиабаты.
Расчетное выражение для расчета показателя адиабатного процесса
Слайд 15

После интегрирования при условия постоянства показателя процесса имеем Для идеального газа показатель адиабаты равен k= cp/cv


После интегрирования при условия постоянства
показателя процесса имеем
Для идеального газа показатель

адиабаты равен
k= cp/cv
Слайд 16

Из уравнения адиабатного процесса получим выражение для связи параметров состояния потенцируя имеем

Из уравнения адиабатного процесса получим выражение для связи параметров состояния
потенцируя

имеем
Слайд 17

Выражения конечных (интегральных) величин термодинамической и потенциальных работа в адиабат- ном

Выражения конечных (интегральных) величин
термодинамической и потенциальных работа в адиабат-
ном процесс можно

получить при сопоставлении их
элементарных значений
С учетом определения показателя адиабаты имеем:
Слайд 18

Интегрируя последнее выражение с учетом того, что k=idem, получим интегрального уравнения

Интегрируя последнее выражение с учетом того, что k=idem, получим интегрального уравнения

термодинамической работы
Введем понятие характеристики процесса расширения или сжатия
Слайд 19

Окончательно имеем уравнения для определения термодинамической и потенциальной работы Различные уравнения

Окончательно имеем уравнения для определения термодинамической и потенциальной работы
Различные уравнения для

определения характе-
ристики расширения или сжатия определяются с
учетом уравнения адиабаты
Слайд 20

Применительно для идеального газа имеем:

Применительно для идеального газа имеем:

Слайд 21

Уравнения перечисленных простейших и любых других термодинамических процессов могут быть представлены

Уравнения перечисленных простейших и любых
других термодинамических процессов могут быть
представлены одним уравнением.

Это уравнение назы-
вается уравнением политропы, а термодинамические
процессы, описываемые этим уравнением, называются
политропными.
Политропные процессы
Политропным процессом с постоянным показателем
называется обратимый термодинамический процесс
изменения состояния простого тела, подчиняющийся
уравнению
Слайд 22

где п – показатель политропы, являющий в рассматриваемом процессе постоянной величиной,

где п – показатель политропы, являющий в рассматриваемом процессе постоянной величиной,

которая может иметь любые частные значения - положительные и отрицательные (-∞ ≤ n ≤ +∞).
Физический смысл показателя политропы п определяется после дифференцирования уравнения политропы
Слайд 23

Слайд 24

Это значит, что постоянный показатель политропы определяется соотношением потенциальной и термодинамической

Это значит, что постоянный показатель
политропы определяется соотношением потенциальной
и термодинамической работ в

элементарном или
конечном процессах. Значения этих работ могут быть
определены графически в координатах
В логарифмических координатах политропный
процесс (политропа) с постоянным показателем
представляет собой прямую линию
При этом, постоянный показатель политропы
определяется как тангенс угла наклона линии процесса к
оси абсцисс ( )
Слайд 25

Из соотношения показателя политропи следует, что для изобарного процесса , для


Из соотношения показателя политропи следует, что
для изобарного процесса , для изохорного

процесса
nv = ± ∞, для изопотенциальног процесса npv = 1 (для
идеального газа =1 , это означает, что для
идеального газа изоротенциальный, изотермический,
изоэнергетический и изоэнтальпийный процессы совпа
дают), для адиабатного процесс n = k.
Слайд 26

Работа в политропных процессах Выражения конечных (интегральных) величин термодинамической и потенциальных

Работа в политропных процессах
Выражения конечных (интегральных) величин
термодинамической и потенциальных работ в

политро-
пных процессах
для идеального газа pv = RT и
Слайд 27

Теплообмен в политропном процессе для простых тел выводится также на основе

Теплообмен в политропном процессе для простых тел выводится также на основе

рассмотрения выражения первого начала термодинамики

Последнее выражение можно представить в виде

Удельная внутренняя энергия для простых тел может быть представлена в виде функции u =и (p, v).
Тогда дифференциал внутренней энергии запишется в следующем виде:

Слайд 28

Введем следующие обозначения: При этом выражение примет вид: Подставив полученное уравнение

Введем следующие обозначения:

При этом выражение примет вид:

Подставив полученное уравнение в

выражение первого начала термодинамики

получим

Слайд 29

Для определения величин ( и ) рассмотрим два термодинамических процесса: Изоэнергетический


Для определения величин ( и ) рассмотрим два термодинамических процесса:

Изоэнергетический процесс

(u = idem, du = 0 ,n = nu.)

Так как в изоэнергетическом процессе

Адиабатный процесс (δ q = 0). Для этого процесса
показатель политропы принимает значение n = k и элемен-
тарная термодинамическая работа также не равна нулю


Слайд 30

С учетом полученных соотношений для определения av и ap, находим выражения

С учетом полученных соотношений для определения av и
ap, находим выражения

для расчета удельных значений
изменения внутренней энергии и теплообмена в элементарном
процессе:

Соотношения для расчета удельных значений изменения внутренней энергии и теплообмена в конечном процессе имеют следующий вид:

Для идеального газа nu = 1

Слайд 31