Раздел 2. Первый закон термодинамики

Уравнение первого закона термодинамики, его интерпретация в формате технической термодинамики как частный случай общего закона сохранения и превращения энергии.

Идеальные и реальные газы. Основные законы идеального газа.

Теплоёмкость газов и её виды. Уравнение Майера. Определение теплоёмкости в интервале температур.

Основные термодинамические процессы: изохорный, изобарный, изотермический, адиабатный. Показатель адиабаты. Понятие теплосодержания рабочего тела и определение энтальпии. Изображение основных термодинамических процессов в Pv- диаграмме, их формулы.

Методические указания

Необходимо уяснить, что первый закон термодинамики, являющийся частным случаем закона сохранения и превращения энергии, устанавливает эквивалентность при взаимных превращениях механической и тепловой энергии, он математически выражается формулой соотношения тепла и механической работы: Q = AL; Где Q – количество тепла, превращённого в работу; L – работа, получаемая за счёт тепла Q; А – коэффициент пропорциональности.

В общем случае не вся подводимая теплота затрачивается на производство работы, часть её идёт на изменение внутренней энергии рабочего тела:

Q = ΔW + L; Где ΔW = ΔU + ΔE; ΔU – изменение внутренней энергии, ΔE – изменение внешней энергии.

Для элементарного изменения состояния рабочего тела: dq = du + pdv. Это уравнение первого закона термодинамики.

При исследованиях термодинамических процессов вводят понятие о равновесных, или обратимых процессах идеального газа и идеального двигателя. Газовые законы в термодинамике применимы для идеальных газов.

Для описания термодинамических процессов, в которых принимают участие идеальные газы, является характеристическое уравнение состояния газов – уравнение Клайперона: PV = RT (для 1 кг газа). Его частные случаи –

уравнения Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля.

Закон Авогадро устанавливает равенство числа молекул разных идеальных газов при одинаковых давлениях и температурах в одинаковых объёмах.

Рабочие тела теплотехнических устройств – газовая смесь, давление которой устанавливается законом Дальтона. Для реальных газов уравнение их состояния предложено Ван-дер-Ваальсом.

Для термодинамических процессов необходимо устанавливать количество подводимого или отводимого тепла, для чего используется понятие теплоёмкости газа. Различают три вида теплоёмкости: массовую, объёмную и мольную. В зависимости от характера процесса также: изохорную и изобарную, соотношение между которыми устанавливает уравнение Майера.

В технической термодинамике изучаются изохорный, изобарный, изотермический, адиабатный и обобщающий политропный процессы. Каждый из них описывается соответствующим уравнением и может быть изображен в Pv- диаграмме.

При анализе работы тепловых двигателей и холодильных машин важную роль играют понятия обратимого и необратимого процессов. Второй закон термодинамики формулируется в виде принципа необратимости: все естественные процессы необратимы.

Литература [1,2,3,4,5 ]