Физика. Примеры решения задач контрольной работы

Физика
Контрольная работа
Теплотехника
Колебания
Свободные незатухающие
колебания
Затухание свободных
колебаний
Вынужденные колебания
Физика атомного ядра
Электротехнические материалы
Электромагнитное
взаимодействие
Квантооптические явления
Оптика
Волновая оптика
Электромагнитные волн
Принцип суперпозиции волн
Принцип Гюгенса
Интерференция света
Дифракция света
Опыт Майкельсона.
Теория аберрации Стокса
Интерференция
поляризованных лучей.
Физические основы механики
Молекулярная физика
и термодинамика
Молекулярно-кинетическая
теория
Электромагнетизм
Сложение колебаний
Электpостатика
Электpический заpяд
Закон Кулона
Потенциал
Пpоводники в
электpостатическом поле
Диэлектpики в электpическом
поле
Поток вектоpа напpяженности
Теоpема Гаусса
Электpическая емкость
Основные законы постоянного
тока
Проектирование электропривода
Энеpгия электpического поля
Электроника
Ядерная физика
История создания и развития
ядерной индустрии
Элементарные частицы
Теория относительности
Измерение заряда электрона
Ионизирующие излучения
Теория рассеяния альфа-частиц
в веществе
Ядерные реакции
Периодическая система элементов
Математика
Контрольная
Примеры решения интегралов
Высшая математика в экономике
Задачи
Комплексные числа
Дифференциальное и
интегральное исчисление
Интегралы
Графика
Архитектура
Курс лекций по истории искусства
Эпоха Возрождения
Машиностроительное черчение
Инженерная графика
Основные задачи на прямую
и плоскость
Векторная алгебра
Исследование функции
и построение графика
Производная функции
Свойства комплексных чисел
Информатика
Лабораторные работы
Курс лекций по информатике
Локальная сеть

Термодинамический процесс. Последовательное изменение состояния рабочего тела системы в результате энергетического взаимодействия с внешней средой называется термодинамическим процессом. В термодинамическом процессе обязательно изменяется хотя бы один параметр состояния. Всякий процесс представляет собой отклонение от состояния равновесия. Процесс, протекающий настолько медленно, что в системе в каждый момент времени успевает установиться равновесное состояние, называется равновесным. В противном случае он называется неравновесным. Равновесный процесс является обратимым, так как протекает через одни и те же равновесные состояния в прямом (1-2) и обратном (2-1) направлениях так, что в системе и в окружающей среде не происходит никаких остаточных изменений.

 Всякий процесс, протекающий с конечной скоростью, вызывает появление конечных разностей температуры, давления и т.п. Реальные процессы всегда протекают с конечными скоростями и в системе не успевает установиться равновесное состояние. Любой реальный процесс сопровождается диссипативными эффектами, обусловленными силами трения, зависящими от вязкости рабочего тела и градиентов скорости в нем, пластическими деформациями и другими явлениями.

 Квазиравновесный термодинамический процесс. Для того чтобы можно было пользоваться термодинамическими зависимостями, в технических приложениях реальные процессы рассматриваются как квазиравновесные. Эта модель предполагает осреднение термических параметров по объему систему в каждый момент времени (использование в расчетах средней температуры , давления р и др.) и учет диссипативных эффектов, зависящих от вида реального процесса. При этом равновесный процесс, соответствующий реальному, является первым приближением, а также мерой сравнения и оценки эффективности рассматриваемого реального процесса.

 Виды энергии и их особенности. Энергия – это количественная мера движения материи, проявляющаяся в различных формах и заполняющая все мировое пространство. Свойством, присущим всем видам энергии, является способность при определенных условиях переходить в любой другой вид в определенном количественном соотношении. В качестве основной единицы любого вида энергии принят джоуль ; мощность энергии – ватт . Почти все виды энергии (механическая, электрическая, химическая, внутриядерная, потенциальная энергия различных физических полей), за исключением тепловой, являются энергиями направленного движения. В отличие от видов энергии направленного движения, тепловая энергия выражается в молекулярном и внутримолекулярном хаотическом движении, представляя собой энергию не направленного, а хаотического движения. Коренным отличием этих двух групп является то, что виды энергии направленного движения могут быть преобразованы в любые другие виды; превращение же тепловой энергии в любой вид энергии направленного движения имеет свои особенности, изучение которых и является одной из главных задач технической термодинамики.

 Любая термодинамическая система (рабочее тело) в каждом состоянии обладает запасом полной энергии , которая состоит из внутренней энергии , зависящей от внутреннего состояния тела, и внешней энергии , связанной с движением тела как целого и положением его в каком-либо физическом поле сил (гравитационном, магнитном, электрическом и т.д.), т.е.

 (3)

 Внутренняя энергия состоит из энергии теплового движения микрочастиц тела, определяемой термическими параметрами  и , химической энергии, внутриядерной и др. В технической термодинамике изучаются физические процессы, в которых меняется только тепловая часть внутренней энергии, являющаяся функцией параметров состояния рабочего тела например

. (4)

 Поскольку величина внутренней энергии зависит от его массы (экстенсивный параметр), то обычно рассматривают удельную величину внутренней энергии, отнесенную к : , .

 В силу условия (4) следует, что изменение внутренней энергии не зависит от характера процесса, а определяется лишь начальным и конечным состояниями рабочего тела, т.е.

 (5)

 Внешняя энергия  включает кинетическую энергию тела  как целого и сумму потенциальных энергий физических полей , например, потенциальную энергию

гравитационного поля , где  - постоянная,  - высота тела, , т.е.

  (6)

 Калорические параметры состояния. Такое название получили функции термических параметров состояния: для тела массой  - внутренняя энергия , энтальпия  (или ) и энтропия . Для газов и жидкостей, находящихся в сплошном непрерывном потоке (например в канале), определяющим параметром будет не внутренняя тепловая энергия u, а энтальпия. Для 1 кг тела, Дж/кг

. (7)

 Величину  называют потенциальной энергией давления или энергией проталкивания. Эта энергия передается рассматриваемому 1 кг частицами, движущимися сзади; эта же энергия передается впереди движущимся частицам и т. д. Создается она где-то в начале потока, например в компрессоре или насосе, вталкивающем газ или жидкость в канал. В результате этого каждый кг среды обладает кроме собственной внутренней энергии u еще и потенциальной энергией давления .

 Энтальпия, согласно (7), состоит только из параметров состояния и поэтому является функцией состояния: ее изменение  не зависит от пути процесса, а зависит только от начального и конечного состояний, т. е.

 (8)

 В идеальном газе силы взаимодействия между молекулами отсутствуют и внутренняя энергия определяется только температурой, т. е.   Это же условие справедливо для энтальпии идеального газа:

 (9)

 В технической термодинамике не требуется знания абсолютного значения энтальпии и поэтому она обычно отсчитывается от некоторого условного нуля (для газов при ).

 Энтропия - это такой параметр состояния, элементарное изменение  которого равно отношению бесконечно малого количества тепла  в равновесном процессе к абсолютной температуре Т тела на рассматриваемом бесконечно малом участке процесса, Дж/(кг к)

 (10)

 Поскольку энтропия является функцией состояния, то ее величина определяется значениями термических параметров  и Т, а ее изменения в любом термодинамическом процессе не зависит от характера процесса и определяется только начальным и конечным состояниями. Так как, согласно третьему закону термодинамики (теорема Нернста), энтропия чистого вещества в состоянии равновесия при  равна нулю, то изменение энтропии в каком - либо процессе, Дж/(кг К)

, (11)

где - теплота процесса, Дж/кг;- средняя температура рабочего тела системы в рассматриваемом процессе 1-2.

На главную