Аналитическое выражение первого закона термодинамики

Пусть 1 кг рабочего тела совершает некоторый процесс (рис. 8), на элементарном участке которого a–b подводится бесконечно малое количество энергии в форме теплоты dq; при этом температура и объем тела увеличиваются соответственно на бесконечно малые величины dT и dυ.

С повышением температуры тела на dT увеличивается скорость молекул, или его внутренняя кинетическая энергия. С увеличением объема тела на dυ увеличивается расстояние между молекулами, что связано с увеличением его внутренней потенциальной энергии. Сумма изменений внутренней кинетической и внутренней потенциальной энергии представляет полное изменение удельной внутренней энергии du.

С увеличением объема на dυ тело совершает внешнюю работу по преодолению внешних сил, которую обозначают δl. Если в рабочем теле не происходит каких-либо других явлений и отсутствует кинетическая энергия видимого движения, то, согласно закону сохранения энергии, для элементарного процесса характерна следующая зависимость:

Полученное выражение является аналитическим выражением первого начала термодинамики. Оно формулируется следующим образом: подведенная к рабочему телу энергия в форме удельной теплоты расходуется на изменение удельной внутренней энергии и на совершение телом внешней работы.

Величины, входящие в уравнение первого закона термодинамики, могут быть как положительными, так и отрицательными.

Несмотря на всю простоту первого закона термодинамики, имеется большое количество его формулировок.

1. Невозможно возникновение или уничтожение энергии. Эта формулировка говорит о невозможности возникновения энергии из ничего и уничтожении ее в ничто.

2. Любая форма движения способна и должна превращаться в любую другую форму движения. Эта формулировка, данная Энгельсом, подчеркивает неуничтожаемость энергии и ее способность взаимопревращаться в любые другие виды энергии.

3. Создание вечного двигателя первого рода невозможно. Понимается невозможность создания машины, производящей работу из ничего.

И многие другие.

Энтальпия

Энтальпия (I) представляет собой функцию состояния. Энтальпия, отнесенная к массе тела, представляет собой удельную энтальпию i, которая характеризуется следующим соотношением: , .

Являясь функцией состояния, удельная энтальпия не зависит от характера процесса, а определяется только начальным и конечным состоянием системы:

.

Изменение удельной энтальпии газа в циклах равно нулю: di = 0.

Если в качестве независимых параметров выбрать давление р и температуру Т, то выражение первого начала термодинамики можно представить в виде:

 или

Значения энтальпии для паров, газов, газовых смесей приводятся в технической и справочной литературе. Пользуясь этими данными, можно определять количество теплоты, участвующее в процессе при постоянном давлении.

Энтальпия имеет большое значение и применение при расчетах тепловых и холодильных установок и как параметр состояния рабочего тела значительно упрощает тепловые расчеты. Она позволяет применять графические методы при исследовании всевозможных термодинамических процессов и циклов. Энтальпией особенно целесообразно пользоваться тогда, когда в качестве основных параметров принимают р и Т.

Контрольные вопросы

1. Какие существуют формулировки первого закона термодинамики?

2. Что понимается под внутренней энергией идеального газа?

3. Внутренняя энергия является функцией состояния или процесса?

4. Чему равно изменение внутренней энергии в круговом процессе?

5. Записать аналитическое выражение первого закона термодинамики.

6. Вывод уравнения работы в произвольном процессе.

7. Показать, что работа и количество теплоты зависят от характера процесса.

8. Что такое энтальпия?

9. Другая форма аналитического выражения первого закона термодинамики – с использованием удельной энтальпии.

Задача

Паротурбинная установка сахарного завода мощностью N = 2000 кВт имеет КПД 30 %. На нее расходуется топливо с теплотой сгорания Q_н^р = 27000 кДж/кг. Определить суточный расход топлива.

Решение

 кг.

 

 

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: