Жылу техникасы



бет2/3
Дата24.09.2017
өлшемі382.72 Kb.
#1604
1   2   3

ТЕРМОДИНАМИКАНЫҢ БІРІНШІ БАСТАМАСЫ (ЗАҢЫ)
Температуралары түрліше денелер бір-бірлерімен жанасқан кезде белгілі бір уақыттан кейін олардың температуралары теңеседі, осы кезде денелер жылульқ тепе-теңдікте болады.

Сонымен, денелердің жылульқ тепе-теңдіктегі күйге өтуі кезінде олардың арасында жылу (энергия) алмасу процесі өтеді.

Жылу дегеніміз энергияның бір денеден екінші денеге олардың температураларының арасындағы айырымының арқасында берілуі. Жұмыс - энергияны бір денеден екінші денеге берудің механикалық тәсілі.

Системаға жұмыс атқарылған кезде (мысалы газ сығылады) немесе системаға жылу келіп немесе одан жылу шығарылатын болса, онда системаның күйі езгереді.


Көлем өзгерген кезде - мысалға, газдың ұлғаюы немесе сығылуы кезінде атқарылатын жұмысты есептейміз


Газдың қайсы-бір мөлшері жылжымалы поршенмен жабылған цилиндр түріндегі ыдыстың ішінде болсын делік (2.1-сурет). Система ретінде газ алыған. Енді газдың квазистатикалық (статикалық) үлғаюы кезінде атқарылатын жұмысты есептеп шығарайық. Квазистатикалық деп идеал жағдайда шексіз аз жылдамдықпен өтетін процесті түсінеміз. Осы кезде системаның р қысымы мен Т температурасын кезкелген мезетте анықтауға болады. Поршеннің астындағы газ ұлғайып, поршенге Ғ = pS күш түсіреді, мұндағы р - газдың қысымы, ал S поршеннің ауданы. Газдың поршенді шексіз аз dl қашықтыққа жылжытқан кезде атқаратын жұмысы мынандай өрнекпен беріледі
dA = F-dl = pSdl = pdV, (2.1)
dV=Sdl - көлемнің шексіз аз ұлғаюы

Көлемнің V1 мәннен V2 мәнге дейінгі аралықта шекті өзгерісі кезінде газдың атқарған жұмысы:


(2 2)
(2.1) және (2.2) өрнектер көлемнің кезкелген өзгерістері кезінде сұйықтың немесе қатты дененің атқаратын жұмысын сипаттайды.

(2.2) өрнекті интегралдау үшін про­цесс кезінде қысымның қалай өзгеретіндігін білу керек, ал бұл процестің түріне тәуелді болады. Бізге идеал газдың белгілі мелшері беріліп, оның көлемін V1 -ден V2 -ге дейін Т12 тұрақты температура кезінде үлғаюға мүмкіндік беруіміз қажет. Мұндай процесс изотермиялық деп аталады.



Бұл процесті 2.2-суреттегі pV диаграммадағы 1 және 2 нүктелер арасындағы қисық түрінде өрнектеуге бола­ды. Осы процесс кезінде атқарылатын жұмыс, (2.2) ернекке сай, pV диаграммадағы процесс қисығы мен V өсінің арасындағы ауданға тең болады. (2.2) өрнектің оң жағындағы интегралды идеал газ үшін оның күйінің p = vRT/V өрнегін пайдалана отырып есептеп шығаруға болады. Сонда атқарылған жұмыс мына түрде жазылады:



(23)

Идеал газдың күй теңдеуін пайдаланып, мынандай өрнекке де келуге болады:



(2.4)

Система бір күйден екінші күйге өткен кезде атқарылатын жұмыс, алынатын немесе берілетін жылу тек бастапқы және ақырғы күйлерге ғана емес, сонымен қатар процестің түріне тәуелді болады.



ІШКІ ЭНЕРГИЯ
Системаның ішкі энергиясы деп газдың барлық молекулаларының барлық энергияларының қосындысын түсінетін боламыз. Системаның ішкі энергиясының системаға жұмыс атқарудың арқасында немесе қайсы-бір жылу мөлшерін берудің арқасында артуы тиіс. Системаның ішкі энергиясы жылу ағыны системадан шығатын болса, немесе система қайсы-бір сыртқы денелерге жұмыс атқарғанда кемуі тиіс.

Тұйықталған системаның ішкі энергиясының өзгерісін мына түрде жазуға болады:

(2.5)

мұндағы: Q - системаға берілген жылу мөлшері,



A - системаның атқарған жұмысы. Егер жұмыс системаға атқарылатын болса, онда ол теріс болады да, артады. Дәл осылай, егер Q жылу мөлшерін система беретін болса, онда бұл шама теріс болады. (2.5) тендеу термодинамиканың бірінші бастамасы деп аталады. Ішкі энергия жылу мөлшері мен жұмысқа сөйкес езгеріп отырады.

Оқшауланған система үшін A = Q = 0 болады, демек, AU = 0.

Системаның ішкі энергиясы да системаның күй функциясы болып табы­лады, себебі системаның кезкелген күйде, сол күйге сәйкес келетін, нақты ішкі энергиясы болады.

Дөңгелек процестерде ішкі энергияның өзгеруі 0-ге тең.



ЭНТАЛЬПИЯ


Энтальпия жылу есептеулерге енгізілген жаңа функция. Энтальпияның дененің массасына қатынасы меншікті энтальпия деп аталып әрпімен белгіленеді, оның өлшем бірлігі, Дж/кг



- шамалары күй параметрлері болғандықтан, энтальпия күй параметрі болып табылады.

Егер қысым р мен температураны Т тәуелсіз параметр деп алатын болсақ, онда қайтымды процестер үшін термодинамиканың бірінші бастамасы келесі түрде



Осыдан


немесе


Идеал газдың қысымы нолге ұмтылғанда р→0 00С –да меншікті энтальпия нолге тең.

Қысым р=const болғанда теңдеуі келесі түрге ие болады

Меншікті энтальпияның дифференциалы қысымы тұрақты процесте қатысатын жылу мөлшері. Процестегі барлық жылу қысым тұрақты болғанда энтальпияның өзгеруіне жұмсалады.





теңдеуінен

немесе

Жылусыйымдылық


Дененің температурасын бір кельвинге арттыру үшін оған берілетін жылу мөлшеріне тең шама дененің жылу сыйымдылығы деп аталады.

Бірлік зат мөлшерінің (1 кг, 1 м3, 1 моль) температурасын бір градусқа өзгерту үшін қажетті жылу мөлшері оның меншікті жылу сыйымдылығы деп аталады.



мұнда - тұрақты параметр, заттың көлемі, υ, немесе қысымы, р, болуы мүмкін, т.б.

Термодинамикады жылусыйымдылықтың үш түрі болады: меншікті (массалық), молдік және көлемдік.

1 кг газға қатысты жылу сыйымдылық массалық, Сх деп аталады, өлшем бірлігі кДж/(кг.град)



=
1 кмоль газға қатысты жылу сыйымдылық молдік, х деп аталады, өлшем бірлігі кДж/(кмоль.град).

Осы жылу сыйымдылықтардың арасында келесі байланыс бар



х= Сх μ;

мұнда μ - молекулалық масса.

Қысымы 101325 Н/м2 және температурасы 00С болғанда, яғни қалыпты физикалық жағдайда 1 м3 газға қатысты жылу сыйымдылық көлемдік, деп аталады, өлшем бірлігі кДж/(м3. град).

мұнда 22,4 – қалыпты физикалық жағдайдағы бір киломольдің көлемі.

Нақты процестерді есептеу кезінде шынайы жылу сыйымдылық, температура бойынша dT, газға жеткізілген жылу мөлшерінен туынды ретінде dq анықталады

және нақты процестің белгілі бөлігінде t1 -.t2 температура аралығындағы орташа жылу сыйымдылық


Газдың жылу сыйымдылығы процестің сипатына да байланысты. Практикада көбінесе тұрақты көлемде және тұрақты қымысда өтетін процестегі газдардың жылу сыйымдылықтары пайдаланылады. Осыған сәйкес, жылу сыйымдылық изохоралық, Сυ және изобаралық, СР деп аталады.

Термодинамиканың бірінші заңына байланысты

Изохоралық процесінде жылу - dq газдың температурасын, яғни оның ішкі энергиясын - du өзгертуге жұмсалады. Сыртқы күштерге қарсы жұмыс dl нөлге тең болғандықтан



Изобаралық процесінде жылу – dq газдың ішкі энергисын du арттыруға және көлемді ұлғайту үшін сыртқы күштерге қарсы жұмсалған жұмысқа кетеді




Изохоралық және изобаралық жылу сыйымдылықтары үшін Майер теңдеуі әділетті
;
Идеал газдың бір молінің температурасын тұрақты қысым кезінде 1 К-ге көтерген кезде атқаратын жұмысы R газ тұрақтысына тең.

- газдың адиабаталық көрсеткіші, әрбір газ үшін белгілі мәні бар шама


Газ



1 атомдық газ

5/3

2 атомдық газ

7/5

3 атомдық газ

4/3


осыдан изохоралық жылу сыйымдылық



және изобаралық жылу сыйымдылық



Осы формулаларды ескерсек ішкі энергияның өзгеруі

Бір атомдық газдың молдік жылу сыйымдылығы тұрақты көлем кезінде жұмыс атқарылмайтын болғандықтан газға Q жылу мөлшері берілген болса, онда оның ішкі энергиясы шамасына өзгереді. Бір атомдық идеал газдың U ішкі энергиясы барлық молекулалардың толық кинетикалық энергиясына тең болады

Ішкі энергияның өзгерісі

осыдан

Бір атомдық газдардың жылу сыйымдылығы
Газдың бір молінің ішкі энергиясы үшін

Осыдан тұрақты көлем кезіндегі молдік жылу сыйымдылықты табамыз



Дж/(К моль) 3 кал/(К моль)

Дж/(К моль) 5 кал/(К моль)



Екі атомдық газдардың жылу сыйымдылығы
Екі атомдық газдың бір молінің ішкі энергиясы



Дж/(К моль) 5 кал/(К моль)

Дж/(К моль) 7 кал/(К моль)


Көп атомдық газдардың жылу сыйымдылықтары
Көп атомдық газдар үшін

Дж/(К моль) 6 кал/(К моль)

Дж/(К моль) 7 кал/(К моль)



Газ



СV

Cp

1 атомдық газ

1,67

12,5

20,8

2 атомдық газ

1,4

20,8

29,1

3 атомдық газ

1,33

29,4

33,3


ЭНТРОПИЯ
Жылу q күй функциясы болмағандықтан толық дифференциал бола алмайды. - шексіз аз шама.

Идеал газ үшін теңдеуі белгілі





Қысымның p орнына -ді қоятын болсақ, онда

Теңдеудің екі жағын Т-ға бөлсек, онда



Осыдан өрнегін газ күйінің қайтымды өзгерісінде айнымалы Т және функцияларының толық дифференциалы, температураға ғана тәуелді, ал R – тұрақты шама. функциясы энтропия деп аталады, оның өлшем бірлігі, Дж/К, ал меншікті энтропияның өлшем бірлігі, Дж/(кг К), яғни .

теңдеуін - дің орнына қойсақ, онда



болғанда идеал газ үшін

Клапейрон теңдеуінен

; ; .
теңдеуіне мәнін қойсақ, онда

болғанда интегралдау арқылы


ТЕРМОДИНАМИКАЛЫҚ ПРОЦЕСТЕР
Термодинамикалық процестердің түрлері: изохоралық, изобаралық, изотермиялық, адиабаттық, политроптық.

Изохоралық процесс

Изохоралық процесс деп берілген газдың көлемі () тұрақты болғанда жүретін процесті айтамыз ( газ сыртқы күштерге қарсы жұмыс жасамайды). Процестің 1-2 сызығы изохора деп аталады.



болса, онда идеал газ күйінің теңдеуін төмендегідей жазуға болады



Көлем тұрақты болғанда газдың қысымы абсолют температураға тура пропорционал өзгереді



болса, көлемнің өзгерісі болғандықтан, газдың сырттай жасайтын жұмысы да 0-ге тең, сондықтан



болғанда термодинамиканың бірінші занының негізгі теңдеуі келесі түрге ие болады



Жылу сыйымдылық тұрақты болғанда процесте қатысатын жылу мөлшері тең болады



Барлық жылу дененің ішкі энергиясының өзгеруіне жұмсалады.

Қайтымды изохорлық процесте меншікті энтропияның өзгеруі келесі формуламен анықталады



Тұрақты көлемде болады, сондықтан меншікті энтропияның өзгеруі жылу сыйымдылық тұрақты болғанда тең болады



Изобаралық процесс
Изобаралық процесс берілген газдың қысымы () тұрақты болғанда жүреді. Процестің 1-2 сызығы изобара деп аталады.


Идеал газ күйінің теңдеуінен изобаралық процесс үшін



Бұл қатынас Гей-Люссак заңы деп аталады.

1-2 процесс үшін



Изобаралық процесте газдың көлемі абсолют температураға тура пропорционал өзгереді.

Газ ұлғайғанда оның температурасы артады, сығылғанда – азаяды.

Каталог: files -> MethodBook
MethodBook -> Лекции: 5 Практические работы: 30 срмп: 15 срм: 75 Экзамен: семестр Өскемен Усть-Каменогорск 2013 Силлабус «Геодезия, жерге орналастыру және кадастр»
MethodBook -> Автомобиль жүргізушілерін дайындаудың
MethodBook -> Ќазаќстан Республикасыныњ
MethodBook -> Механизмдармен ќўрылымы,классификациясы
MethodBook -> Жапарова А. Т элекртмен жабдықтау абж
MethodBook -> СызықТЫҚ Өлшеулер
MethodBook -> Өндірістің техникалық дайындығын меңгеру өндірістің техникалық дайындығының бірыңғай жүйесінің 5
MethodBook -> 1 зертханалыќ ЖЎмыс тапсырмаларыныѕ таќырыптары
MethodBook -> Қазақстан Республикасының
MethodBook -> Рабочая учебная программа Мамандық: 5В074500 «Көлік құрылысы» Өскемен Усть-Каменогорск 2014


Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3




©kzref.org 2022
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет