Головна

Технічна робота (робота рухається газу)

  1.  C4. Уміння працювати зі статистичними даними, представленими в табличній формі
  2.  I. Самостійна практична робота
  3.  II. Робота з вікнами, файлами і папками.
  4.  II. Самостійна робота.
  5.  II. Самостійна робота.
  6.  II. Технічна експлуатація об'єкта
  7.  IX. НАВЧАЛЬНО-ДОСЛІДНИЦЬКА РОБОТА СТУДЕНТІВ

Елементарна робота 1 кг газу в відкритої ТДС при підводі нескінченно малу кількість теплоти буде складатися з роботи розширення-стиснення pd? і збільшення роботи проштовхування d(p?)

dLтехн = p·d? - d(p·?). (2.37)

приріст d(p?) Взято зі знаком мінус, так як ця робота виконується зовнішніми силами над газом. Враховуючи що d(p?) = p·d? + ?·dp, отримуємо

dLтехн = - ?·dp.

Отже, для довільного процесу

Lтехн = - ?· Dp (2.38)

Цей вислів називають технічною роботою або роботою рухомого газу. У координатах "p-?"Вона зображується площею, обмеженою лінією процесу і віссю тисків (рис. 2.7.).

Таким чином, величина технічної роботи еквівалентна площі фігури p112p2 (Рис. 2.7.).


Мал. 2.7. До визначення роботи рухомого газу

Підкреслимо, що технічна робота - це та робота, яка може бути здійснена тільки у відкритій термодинамічній системі, і її не слід змішувати з роботою розширення газу, яку здійснюють в закритій системі. Різниця між технічною роботою і роботою розширення пояснюється тим, що у відкритій системі робота витрачається не тільки на деформацію газу (стиснення або розширення), а й на купівлю (продаж або висновок) маси, а так само на зміну кінетичної енергії рухомого газу.

Знак технічної роботи визначається знаком величини (-dp). Для процесу 1-2 (рис. 2.7.), Що здійснюється з пониженням тиску (dp <0), технічна робота буде позитивна, так як (-dp) Позитивна.

Зміст і рівняння першого закону термодинаміки

 В середині минулого століття відбулася перша природничо революція в історії цивілізації. Вона була пов'язана з встановленням закону збереження енергії. Цей закон виявився універсальним, застосовним не тільки до механічних процесів, але і до теплових, і взагалі, до всіх фізичних процесів.

Зараз, звичайно, ніхто не сумнівається в тому, що закон збереження енергії має універсальний характер. Однак більш 150 років тому більшість фізиків узагальнення закону збереження енергії, справедливого для механічних явищ, на теплові явища вважали метафізичними вигадками.

Універсальний характер фундаментального закону збереження енергії проявився навіть у тому, що до його відкриття причетні три знаменитих дослідника абсолютно різних областей природознавства: Р. Майер, Дж. Джоуль і Г. Гельмгольц.

Серед них лише Г.Гельмгольц - професійний фізик-теоретик в сучасному розумінні цього слова; Р. Майер - в більшій мірі філософ, який має медичну освіту. Експериментатором серед цих вчених був лише Дж. Джоуль.

Закон збереження енергії - один з найбільш загальних принципів фізики та всього єства знань. За всі роки після його відкриття не було виявлено жодного явища природи, в якому спостерігалося б його порушення.

Даний фундаментальний закон природи свідчить, що енергія не зникає і не виникає знову, а лише переходить з одного виду в інший в строго еквівалентних кількостях. Важливо підкреслити, що закон збереження і перетворення енергії стверджує не просто збереження енергії, а її збереження при перетвореннях з однієї форми в іншу.

Принцип еквівалентності теплоти і роботи лежить в основі першого закону термодинаміки, який являє собою окремий випадок загального закону збереження і перетворення енергії стосовно до процесів, що супроводжується тепловими явищами.

Отримаємо рівняння першого закону термодинаміки. Нехай, наприклад, до робочого тіла, укладеним в циліндрі з рухомим поршнем (рис. 2.6, б) підведено деяку кількість теплоти Q. Це призведе до підвищення температури робочого тіла, отже, його внутрішня енергія зміниться на величину U. Крім того, робоче тіло, розширюючись, переміщує поршень з положення 1 в положення 2 і робить роботу L проти зовнішніх сил. На підставі закону збереження і перетворення енергії можна записати:

Q = U + L , Дж. (2.39)

Співвідношення (2.39) являє собою математичний вираз першого закону термодинаміки в самій загальній формі.

Перший закон термодинаміки говорить: "Підведене ззовні кількість теплоти Q до робочого тіла, в загальному випадку витрачається на збільшення його внутрішньої енергії  U і здійснення роботи розширення L проти зовнішніх сил".

З першого закону термодинаміки випливає, що якщо в будь-якому процесі робоче тіло отримує (або віддає) тепло Q, Здійснює роботу L і його внутрішня енергія змінюється на величину U, То алгебраїчна сума цих величин повинна рівнятися нулю. Віднісши в рівнянні (2.39) всі величини до 1 кг маси робочого тіла, отримаємо

q = U + L, Дж / кг (2.40)

або в диференціальної формі

dq = dU + dL (2.41)

або dU = dq - dL (2.42)

З першого закону термодинаміки випливає, що якщо система (тіло) є ізольованою, т. Е. Не обмінюється енергією з навколишнім середовищем (Q = 0, L = 0), то її внутрішня енергія не змінюється ( U = 0). Інакше, внутрішня енергія ізольованої системи постійна (U = Const).

Зміна енергії системи (тіла) можливо лише при енергообміну з навколишнім середовищем, т. Е. При підводі (або відведення) до системи теплоти або роботи.

Перший закон термодинаміки заперечує можливість створення вічного двигуна, який здійснював би механічну роботу без використання енергії (його називають вічним двигуном першого роду).

Дійсно, якщо механічний пристрій не використовує «свою» внутрішню енергію ( U = 0) і не отримує ззовні кількість теплоти (Q = 0), то і робота системи L = 0.

У зв'язку з цим перший закон можна розглядати як принцип заборони perpetuum mobile (Інше формулювання першого закону термодинаміки).

Таким чином, перший закон термодинаміки дозволяє визначити кількісні співвідношення при взаємному перетворенні теплової енергії в інші види енергії. Він має велике практичне значення, так як використовується при термодинамічних розрахунках елементів ГТД і двигуна в цілому.

Аналітичний вираз першого закону термодинаміки (2.42) в застосуванні до рівноважним процесам може бути представлено через параметри стану системи [використовуючи отримані раніше вирази (2.14) dL = p·d? і (2.18) dq = T·ds] у вигляді

dU = T·ds - p·d?. (2.43)

Отримаємо запис першого закону термодинаміки через ентальпію. Для цього продифференцируем рівняння (2.31) i = U + p·? і висловимо dU через рівняння (2.42) dU = dq - dL і (2.43) dU = T·ds - p·d?:

di = dU + d(p?) = dU + p·d? + ?·dp = (dq - p·d?) + p·d? + ?·dp;

і остаточно отримаємо:

di = dq + ?·dp = T·ds + ?·dp. (2.44)

Рівняння (2.44) являє собою запис першого закону термодинаміки через ентальпію. Це рівняння широко використовується при аналізі відкритих термодинамічних систем, якими наприклад, є окремі модулі ВМД, так і газотурбінний двигун в цілому.

 



 ентальпія |  Чисті речовини і суміші газів

 Поняття про термодинамическом процесі. Рівноважні (оборотні) і нерівноважні (незворотні) процеси |  Приклади РІШЕННЯ ЗАВДАНЬ |  Рішення |  Перевірте, як Ви засвоїли матеріал |  Внутрішня енергія робочого тіла. Зміна внутрішньої енергії |  термодинамічній процесі |  термодинамічній процесі |  Ентропія. Ентропійна "T-s" діаграма |  Залежність кількості роботи і теплоти від характеру термодинамічного процесу |  Теплоємність газу. Рівняння Майєра. показник адіабати |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати