ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
Первый закон термодинамики представляет собой частный случай всеобщего закона сохранения и превращения энергии применительно к тепловым процессам. Формулируется первый закон термодинамики следующим образом: теплота, сообщаемая рабочему телу (системе), расходуется на приращение его (ее) внутренней энергии и на совершение работы (рис. 1.5).
Пусть рабочему телу (газу) массой G(кг), занимающему объем V , (м3), имеющему температуру T , (К) и давление P , (Па), сообщается извне теплота в количестве Q (Дж). В результате газ нагреется на DT = Т – Т . Объем, занимаемый им, возрастет до V > V |. Повышение температуры газа свидетельствует об увеличении его внутренней энергии на величину ΔU = U2 – U1 = G * cv (T2 – T1) (1.46) Поскольку газ окружен средой, то при расширении он преодолевает давление среды, совершая работу L (Дж). Таким образом, закон сохранения энергии (с учетом системы СИ) можно выразить в виде: для G кг газа для 1 кг газа Каждая из величин, входящих в уравнения (1.47) и (1.48), может быть положительной, отрицательной или равной нулю. Эти уравнения выражают первый закон термодинамики для равновесных процессов при условии, когда рабочее тело (газ) не перемещается в пространстве (например, газ в цилиндре двигателя). В технике часто используют процессы преобразования энергии в потоке, в результате которых изменяются параметры рабочего тела от P ,V до P , V . Такие процессы происходят в паровых и газовых турбинах, реактивных двигателях, а также при получении сжатых газов в компрессорах. Если в потоке газа мысленно выделить замкнутый объем и наблюдать за изменением его параметров в процессе перемещения, то применительно к I и П сечениям канала, по которому движется газ, имеем следующее. Внутренняя энергия 1 кг газа и есть функция его состояния, поэтому начальное значение u , определится параметрами в I сечении; а и - параметрами во II сечении. Работа расширения l (Дж/кг) совершается на поверхностях, ограничивающих выделенный объем. Часть этих поверхностей (стенки) неподвижна, и работа расширения на них равна нулю. Другая часть поверхностей специально делается подвижной (рабочие лопатки в турбине, поршень в цилиндре поршневой машины), и рабочее тело совершает на них техническую работу l . В I сечении газ входит в агрегат. Для этого должно быть преодолено давление р , а каждый килограмм газа может занять объем v только при затрате работы входа: Для того, чтобы выйти из II сечения в трубопровод, газ должен вытолкнуть из него такое же количество рабочего тела, находящегося ранее при p и занимавшего объем v , т.е. выделенный объем должен совершить работу выхода l . Сумма работ входа и выхода называется работой проталкивания: l' = p2v2-p1v1 (1.50) Если скорость газа ; во II сечении больше скорости C, в I сечении, то часть работы расширения будет затрачена на увеличение кинетической энергии рабочего тела в потоке: Если процесс неравновесный, то некоторая часть работы расширения будет затрачена на преодоление сил трения l . Теплота, сообщенная каждому килограмму рабочего тела во время его прохождения между сечениями I — II, складывается из подводимой теплоты q и теплоты q , в которую перешла работа трения: Таким образом, математическое выражение первого закона термодинамики для потока 1 кг газа может быть записано так: Пример 1. Найти числовое значение теплового эквивалента 1 kВт • Ч в ккал. Пример 2. Удельный расход теплоты равен 2700 ккал/ (кВт•ч). Определить соответствующий расход в единицах СИ. Решение. 2700 • 4,1868 = 11 307,6 кДж/(кВт•ч). Пример 3. К воздуху в количестве 2 кг, заключенному в цилиндр с подвижным поршнем, подводится извне 1000 кДж теплоты. Величина произведенной при этом работы составляет 1100 кДж. Определить изменение внутренней энергии воздуха. Решение. Q = DU + L (кДж); DU =Q - L= 1000 - 1100 = - 100 кДж. Для 1 кг DU = DU/G = -100/2 =-50 кДж/кг. Знак "минус" указывает, что внутренняя энергия в процессе уменьшается, т.е., несмотря на подвод теплоты, температура воздуха снижается.
Популярное: Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1465)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |