Задание сдать до 23.04.20. Методические указания

Задание сдать до 23.04.20

Практическая работа № 8Основы термодинамики

Цель работы:

- научиться применять первый закон термодинамики при решении задач;

- научиться применять систему знаний на расчет теплового двигателя;

- способствовать развитию умения логического мышления.

- способствовать развитию познавательных способностей, самостоятельности, ответственности.

Методические указания

Решение задач этой темы основано на использовании первого закона термодинамики. При решении задач рекомендуется:

1. Установить, какие тела входят в рассматриваемую термодинамическую систему.

2. Выяснить, что является причиной изменения внутренней энергии тел системы.

3. Записать первый закон термодинамики в общем виде:

или

где А – работа внешних сил над газом, А^' – работа газа над внешними силами и А^' = -А.

4. Применить первый закон термодинамики к изопроцессам в газах.

1. В изохорном процессе (V = const) газ работы не совершает, A = 0. Следовательно,

)

Здесь U (T₁) и U (T₂) – внутренние энергии газа в начальном и конечном состояниях. При изохорном нагревании тепло поглощается газом (Q > 0), и его внутренняя энергия увеличивается. При охлаждении тепло отдается внешним телам (Q < 0).

2. В изобарном процессе (p = const) работа, совершаемая газом, выражается соотношением

Первый закон термодинамики для изобарного процесса дает:

При изобарном расширении Q > 0 – тепло поглощается газом, и газ совершает положительную работу. При изобарном сжатии Q < 0 – тепло отдается внешним телам. В этом случае A < 0. Температура газа при изобарном сжатии уменьшается, T₂ < T₁; внутренняя энергия убывает, ΔU < 0.

3. В изотермическом процессе температура газа не изменяется, следовательно, не изменяется и внутренняя энергия газа, ΔU = 0.

Первый закон термодинамики для изотермического процесса выражается соотношением

Количество теплоты Q, полученной газом в процессе изотермического расширения, превращается в работу над внешними телами. При изотермическом сжатии работа внешних сил, произведенная над газом, превращается в тепло, которое передается окружающим телам

4. В адиабатическом процессе Q = 0; поэтому первый закон термодинамики принимает вид

т. е. газ совершает работу за счет убыли его внутренней энергии.

5. В задачах на расчет КПД тепловых двигателей нужно применить следующие формулы

где Q₁- количество теплоты, отданное холодильнику (Дж), Q₂- количество теплоты, полученное нагревателем (Дж).

где Т₁ –температура нагревателя (К), Т₂ – температура холодильника (К).

, где N - механическая мощность (Вт), t – время (с), А^' – работа газа (Дж).

Задание 1. Ответьте на вопросы:

1. Сформулируйте первый закон термодинамики.

2. Как применяется первый закон термодинамики к изопроцессам?

3. Какое устройство называют тепловым двигателем?

4. Какова роль нагревателя, холодильника и рабочего тела в тепловом двигателе?

5. Что называется коэффициентом полезного действия двигателя?

6. Чему равно максимальное значение коэффициента полезного действия теплового двигателя?

7. Каковы основные направления борьбы с отрицательными последствиями применения тепловых двигателей?

Задание 2. Решите количественные задачи

Задача 1. Количество теплоты, полученное газом - Q , работа газа - A' , работа внешних сил – A, изменение внутренней энергии газа - ∆U

Вариант	процесс	Q , кДж	A' , кДж	A, кДж	∆U, кДж
	Изотерм.		?	?	?
	Изохор.	?	?	?
	Адиаб.	?	-4	?	?
	Изотерм		?	?	?
	Изохор.	?	?	?	-5
	Адиаб.	?	?		?
	Изотерм		?	?	?
	Изохор.		?	?	?
	Адиаб.	?		?	?
	Изотерм	?	?		?

Задача 2. В паровую турбину от нагревателя за время t поступает количество теплоты Q. Мощность турбины N. КПД турбины η. Определите значение величины, обозначенной «?».

Вариант
N, МВт		?				?				?
t, с			?
Q, ГДж	?				?		?		?
η	0,15	0,10	0,20	?	0,20	0,15	0,25	?	0,25	0,20

Задача 3. При температуре нагревателя t_н и температуре холодильника t_х коэффициент полезного действия идеального теплового двигателя равен η. Определите значение величины, обозначенной «?».

Вариант
t_н, ⁰С			?			?			?
t_х, ⁰С		?			?			?
η	?	0,63	0,58	?	0,69	0,71	?	0,70	0,51	?

Задача 4. Идеальной тепловой машиной при поступлении от нагревателя количества теплоты Q_н совершается работа А и при этом количество теплоты, отдаваемое холодильнику, составляет Q_х. Температура нагревателя Т_н, температура холодильника Т_х. Определите значение величин, обозначенных «?».

Вариант
Q_н,кДж		?		?		?			?
А, кДж			?		?			?	?
Q_х,кДж	?			?			?	?		?
Т_н, К		?			?		?
Т_х, К	?		?			?				?

Задача 5. Температура нагревателя идеальной тепловой машины равна t₁, а температура холодильника t₂. Количество теплоты, получаемое машиной от нагревателя за 1 с, равно Q₁, количество теплоты, отдаваемое ею холодильнику за 1 с, равно Q₂. КПД и мощность машины равны соответственно η и N. Вычислите значения величин, обозначенных «?».

Вариант
t₁,⁰С			?				?	?
t₂,⁰С		?		?		?				?
Q₁,кДж/с					?	?	?		?	?
Q₂,кДж/с	?	?	?						?	?
η, %	?			?	?			?	?
N, кВт	?	?	?	?	?	?	?	?