Термодинамические основы тепловых насосов. Васьков Е.Т. - 7 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СПбГАСУ | Санкт-Петербург

Составители: 

Рубрика: 

12 13
1.5. Первый закон термодинамики
Принцип эквивалентности
Первый закон термодинамики является частным случаем закона сохра-
нения и превращения энергии по отношению ко взаимному преобразованию
теплоты и работы. Он устанавливает возможность перехода теплоты Q в ра-
боту L и, наоборот, в эквивалентных количествах, т. е. Q = L, Дж.
Если Q и L измерены в разных единицах, то принцип эквивалентности
теплоты и работы можно записать в виде Q = AL, где коэффициент
A = 1/427 ккал/(кгс × м) называется тепловым эквивалентом работы.
Внутренняя энергия
Газ в любом состоянии обладает запасом внутренней энергии, величи-
на которой зависит от состояния газа.
При сообщении или отнятии от рабочего тела энергии оно может быть
выведено из начального состояния и возвращено в исходное. Если при этом
параметры газа примут начальные численные значения, то и внутренняя энер-
гия тела также будет иметь исходное значение.
Изменение внутренней энергии определяется только начальным и ко-
нечным состояниями газа и не зависит от пути перехода, т. е. внутренняя энер-
гия является функцией состояния.
Полное изменение внутренней энергии при переходе газа из одного со-
стояния в другое определяется по формуле
ò
-=
2
1
12
UUdU
,
где
2
1
,UU
– величины внутренней энергии газа массой M в состояниях 1
и 2, Дж.
Для 1 кг идеального газа
uduu
ò
=-
2
1
12
.
С молекулярной точки зрения внутренняя энергия газа является сово-
купностью кинетической энергии поступательного, вращательного, колеба-
тельного движений частиц, энергии внутриатомного движения и потенци-
альной энергии атомов и молекул, которая зависит от сил притяжения между
молекулами.
Работа газа
Пусть к 1 кг газа, находящемуся в цилиндре с поршнем (рис. 1.1), под-
водится извне теплота q.
Тогда поршень переместится впра-
во, и газ перейдет из состояния 1 в состо-
яние 2, т. е. совершится термодинамичес-
кий процесс расширения. Другими сло-
вами, газ совершит работу против сил
внешнего давления
p
¢
.
Изменение объема и давления изоб-
ражается линией процесса 1–2, а площадь
под кривой процесса равна работе рас-
ширения.
Элементарная работа dl, которую
совершает газ при увеличении его объе-
ма на величину dv, определяется произ-
ведением
dv
p
:
dv
p
dl
=
и
ò
=
-
2
1
21
dvpl
.
При расширении газа (dv > 0) работа положительна, при сжатии
(dv < 0) – отрицательна.
Теплота. В результате взаимодействия термодинамическая система (ра-
бочее тело) и внешняя среда обмениваются энергией в форме работы (макро-
форма передачи энергии) и теплоты (микроформа передачи энергии).
Количество энергии, передаваемой от одного тела к другому путем теп-
лообмена, называется теплотой. Количество теплоты, получаемой телом, за-
висит от характера процесса, т. е. от пути перехода газа из одного состояния
в другое. Теплота является, таким образом, функцией процесса, а не функци-
ей состояния.
Уравнение первого закона термодинамики
Различные процессы изменения состояния газа, протекающие в резуль-
тате подвода теплоты и сопровождающиеся взаимным превращением энер-
гии, описываются основным уравнением первого закона термодинамики.
На основании первого закона термодинамики часть подведенной к ра-
бочему телу теплоты может быть израсходована на увеличение его внутрен-
Рис. 1.1. График работы
в рv-координатах
dl

Страницы