Закон сохранения энергии в изо- и адиабатном процессах.

Закон сохр-я энергии в изо- и адиабатном процессах и есть первое начало термодинамики. Оно гласит о том, что кол-во теплоты газа равна сумме работы, которую совершил газ и изменению внутренней энергии газа.

Или для бесконечно малых величин:

 

Этот закон применим для каждого изопроцесса:

1. Изотермический процесс (T=const)

dU=0

отсюда: – вся теплота расходуется на совершение работы.

;

2. Изохорный процесс (V=const)

dV=0; dA=0

– вся подводимая теплота идёт во внутреннюю энергию.

– молярная теплоёмкость; – удельная теплоёмкость

3. Изобарный процесс (P=const)

– здесь полностью выполняется 1ое начало ТД.

4. Адиабатный процесс (Q=0)

– газ совершает работу

– над газом совершают работу

 

23.Термодинамический цикл. Цикл Карно.

 

Замкнутый процесс – это любой процесс, в результате которого газ выходит из одного состояния, проходит стадию и возвращается в начальное состояние.

Цикл Карно.

Состоит из 4ёх стадий. При переводе газа из состояния 1 в состояние 2 протекает изотермический процесс. При переводе газа из 2 в 3 протекает адиабатный процесс, из состояния 3 в 4 протекает изотермический, и при переводе из 4 в 1 протекает адиабатный процесс. Рассмотрим эти стадии.

1-2

2-3

;

3-4

4-1

;

 

КПД (коэфф. полезного действия) вычисляется по ф-ле:

 

Также работу, совершаемую газом, можно найти путём вычисления площади подкривой процесса.

Зная теплоёмкость газа, которая вычисляется по ф-ле можно найти КПД замкнутого цикла:

Где – сообщённая теплота

– теплота, которую забрали у газа

– температура той системы, от которой газ поглотил тепло

– температура холодильника, при которой отводилась теплота

 

24, Теплопроводность газа

Теплопроводность — один из видов переноса теплоты (энергии) от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию температуры. При теплопроводности перенос энергии в теле осуществляется в результате непосредственной передачи энергии от частиц (молекул, атомов, электронов), обладающих большей энергией, частицам с меньшей энергией.

Закон Фурье:

плотность потока энергии,

градиент температуры,

коэффициент теплопроводности.

 

средняя скорость молекулы;

средняя длина свободного пробега молекулы;

удельная теплоемкость при постоянном объеме.

Отклонения от закона Фурье могут появиться при очень больших значениях (например, в сильных ударных волнах), при низких температурах (для жидкого гелия Не) и при высоких температурах порядка десятков и сотен тысяч градусов, когда в газах перенос энергии осуществляется не только в результате межатомных столкновений, но в основном за счёт излучения (лучистая теплопроводность). В разреженных газах, когда сравнимо с расстоянием между стенками, ограничивающими объём газа, молекулы чаще сталкиваются со стенками, чем между собой. При этом нарушается условие применимости закона Фурье, и само понятие локальной температуры газа теряет смысл. В этом случае рассматривают не процесс теплопроводности в газе, а теплообмен между телами, находящимися в газовой среде.

 

 

Внутреннее трение в газе

Вязкость (внутреннее трение) — свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Механизм внутреннего трения в жидкостях и газах заключается в том, что хаотически движущиеся молекулы переносят импульс из одного слоя в другой, что приводит к выравниванию скоростей — это описывается введением силы трения. Вязкость твёрдых тел обладает рядом специфических особенностей и рассматривается обычно отдельно.

Различают динамическую вязкость (единицы измерения: пуаз, 0, 1Па·с) и кинематическую вязкость (единицы измерения: стокс, м² /с, внесистемная единица — градус Энглера). Кинематическая вязкость может быть получена как отношение динамической вязкости к плотности вещества и своим происхождением обязана классическим методам измерения вязкости, таким как измерение времени вытекания заданного объёма через калиброванное отверстие под действием силы тяжести.

В кинетической теории газов коэффициент внутреннего трения (динамическая вязкость) вычисляется по формуле:

где средняя скорость теплового движения молекул, средняя длина свободного пробега, Из этого выражения в частности следует, что вязкость не очень разреженных газов практически не зависит от давления, поскольку плотность прямо пропорциональна давлению, а обратно пропорциональна.

Для идеального газа можно использовать соотношение:

Влияние температуры на вязкость газов.

Формула Сазерленда может быть использована для определения вязкости идеального газа в зависимости от температуры:

динамическая вязкость в (Па·с) при заданной температуре ,

контрольная вязкость в (Па·с) при некоторой контрольной температуре ,

заданная температура в Кельвинах,

контрольная температура в Кельвинах,

постоянная Сазерленда для того газа, вязкость которого требуется определить.

 

Диффузия в газе

Диффузия — процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму. В некоторых ситуациях одно из веществ уже имеет выравненную концентрацию, и говорят о диффузии одного вещества в другом. При этом перенос вещества происходит из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией (против градиента концентрации).Примером диффузии может служить перемешивание газов (например, распространение запахов) или жидкостей (если в воду капнуть чернил, то жидкость через некоторое время станет равномерно окрашенной). Другой пример связан с твёрдым телом: атомы соприкасающихся металлов перемешиваются на границе соприкосновения.Наиболее быстро Диффузия происходит в газах, медленнее в жидкостях, ещё медленнее в твёрдых телах, что обусловлено характером теплового движения частиц в этих средах.

Здесь — масса газа, которая переносится путем диффузии за время через площадку перпендикулярно направлению уменьшения плотности.

где — коэффициент диффузии:

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: