ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Э Н Е Р Г И Я
E = E K + E П + U
где E K – кинетическая энергия системы, E П – потенциальная энергия системы, U – внутренняя энергия.
U = f (P, v) U = j(P,T) U = y(v,T)
U (x,y)
Δ U = U 2 – U 1
Т Е П Л О Т А
 |
Теплота и работа являются не видами энергии,
а формами передачи или превращения энергии.
Р А Б О Т А
dL = PSdl
dL = PdV
Э Н Т А Л Ь П И Я
H = U + PV
H = H (P, T)
В процессе изменения состояния:
Δ H = H 2 – H 1
Приращение энтальпии:
dH = d (U + PV) = dU + PdV + VdP
Единицей измерения энтальпии является джоуль (Дж), однако в технической термодинамике принято использовать энтальпию одного килограмма рабочего тела (удельную энтальпию h, Дж/кг):
h = H/m
ТЕПЛОЕМКОСТЬ
Теплоемкостью тела называется производная от количества теплоты, поглощенного телом в термодинамическом процесс, по его температуре:
с = dQ/dT
Различают:
Удельную (массовую) теплоемкость – Дж/(кг К);
Молярную теплоемкость – Дж/(кмоль К);
Объемную теплоемкость – Дж /(м3 К).
В связи с тем, что теплота, подводимая в процессе к телу (системе), зависит от вида процесса, являясь функцией процесса, теплоемкость будет свойством системы только тогда, когда процесс будет фиксированным, т.е. будет проходить при постоянном значении каких-либо параметров системы:
сх = (dQ/dT) х
Теплоемкость в процессе при постоянном объеме:
сV = (dQ/dT) V
Теплоемкость в процессе при постоянном давлении:
cP = (dQ/dT) P
Формула Майера
cP - сV = R
Показатель адиабаты
k =cP / сV
сV = R/(k – 1)
cP = kR/(k – 1)
НУЛЕВОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
Две системы, находящиеся в термическом равновесии с третьей системой, состоят в термическом равновесии между собой.
Этот закон сформулирован Ральфом Г. Фаулером в 1931 году. Поскольку другие законы к тому времени были открыты, его назвали нулевым.
Рассмотрим три изолированные термодинамические системы (рис. 1.1). Пусть каждая система характеризуется давлением Pi и объектом Vi.
Если системы могут термически взаимодействовать, то при их соприкосновении давление и объем в них будут меняться. Установление термического равновесия между двумя системами будет связано с взаимозависимым изменением четырех переменных, характеризующих их состояние. Для систем I и II можно записать (см. рис. 1.2):
N (P 1, V 1, P 2, V 2) = 0,
а для систем II и III:
M (P 2, V 2, P 3, V 3) = 0
Тогда, согласно нулевому закону термодинамики, системы I и III также находятся в равновесии
L (P 1, V 1, P 3, V 3) = 0.
Для решения этой системы необходимо заменить (P 1, V 1) на функцию х; (P 2, V 2) – на y; (P 3, V 3) – на z.:
(P 1, V 1) → х; (P 2, V 2) → y; (P 3, V 3)) → z
Получим
N (x, y) = 0; M (y, z) = 0; L (x, z) = 0.
Решив относительно z последние два уравнения, получим
Z = X (x); Z = Y (y).
Отсюда:
X (x) = Y (y).
Следовательно, должны существовать такие функции
f 1(P 1, V 1) и f 2(P 2, V 2),
что при термическом равновесии систем I и II имеет место равенство
f 1(P 1, V 1) = f 2(P 2, V 2).
Используя другую пару уравнений, получим равенство трех функций
f 1(P 1, V 1) = f 2(P 2, V 2) = f 3(P 3, V 3).
Это дает основание считать, что существует функция переменных T (P, V) = 0, обладающая таким свойством, что две любые системы, находящиеся в термическом равновесии, характеризуются одинаковыми значениями T. Указанное свойство описывает систему с точки зрения “теплая – холодная”, и его можно связать с температурной шкалой. Так как функция T (P, V) = 0 эквивалентна f (P, V, T) = 0, то нулевой закон термодинамики утверждает существование уравнения состояния идеального газа PV = nRT.