Практическая работа №3

Тема: Выполнение расчетов по использованию законов термодинамики

Цель: Изучить основные термодинамические процессы, сформировать умение выполнять расчеты с использованием основных законов термодинамики

Оснащение : Методические указания для выполнения работы. Варианты заданий.

Литература:

1. В. Н. Луканин. Теплотехника. Москва, Высшая Школа, 2009 г

2. Ерофеев В. Л., Семенов П. Д., Пряхин А. С. Теплотехника. Москва, Икц «Академкнига», 2008 г.

3. В. Г. Ерохин, М. Г. Маханько. Сборник задач по основам теплотехники и гидравлики. Москва, Энергия, 1972 г.

Контрольные вопросы:

1. Дайте понятия удельной, массовой и киломольной теплоёмкости. Приведите их обозначения и размерности.

2. Как определить работу термодинамического процесса?

3. Какие существуют соотношения между теплоёмкостями при постоянном давлении и объёме?

Порядок выполнения работы:

1. Изучаем методические рекомендации к работе.

2. Знакомимся с примерами решения заданий.

3. Выписываем необходимые для решения заданий формулы.

4. В соответствии с вариантом задания производим расчеты.

5. Делаем выводы.

Краткие теоретические сведения

Уравнения состояния идеальных газов записывают:

– для 1 кг газа

, (1. 1)

– для m кг газа

, (1. 2)

– для 1 моль газа

, (1. 3)

где – молярный объем, м³/моль; – универсальная (молярная) газовая постоянная, Дж/(моль К).

Универсальная газовая постоянная = 8, 314 Дж/(моль^.К).

Удельная газовая постоянная, Дж/(кг К),

, (1. 4)

где – молярная масса, кг/моль.

, (1. 4а)

где – относительная молекулярная масса вещества.

Термодинамическая температура, К,

, (1. 5)

где – температура в градусах Цельсия, ⁰С.

Принято приводить объем газа к так называемым нормальным условиям, при которых давление газа = 101, 3 кПа, а температура = 0 ⁰С.

Смеси идеальных газов подчиняются законам идеальных газов. Газ (компонент) в составе смеси сохраняет свои свойства и ведет себя так, как если бы он один занимал весь объем смеси. Каждый компонент находится под своим парциальным давлением.

Давление газовой смеси

, (1. 6)

где – парциальное давление компонента.

Состав газовой смеси может быть задан массовыми и объемными (молярными) долями.

Если массовая доля представляет собой отношение массы компонента к массе газовой смеси, то объемная доля – отношение парциального объема компонента к объему газовой смеси. Парциальный объем компонента приведен к температуре и давлению газовой смеси.

Для газовой смеси

, (1. 7)

где – масса компонента;

, (1. 7а)

где – парциальный (приведенный) объем компонента, м³.

Плотность газовой смеси

, (1. 8)

где – объемная доля компонента; – плотность данного компонента, кг/м³;

, (1. 8а)

где – массовая доля компонента.

Кажущаяся молярная масса смеси идеальных газов

, (1. 9)

где – молярная масса компонента;

. (1. 9а)

Удельную газовую постоянную рассчитывают по формуле (1. 4) с использованием кажущейся молярной массы.

Соотношение между массовыми и объемными долями

. (1. 10)

Парциальное давление компонента

. (1. 11)

Молекулярные массы и удельные газовые постоянные некоторых газов приведены в приложении Б.

Теплоемкость определяет количество теплоты, которое необходимо подвести к телу (к системе), чтобы повысить температуру на 1 ⁰С (на 1 К).

Теплоемкость относят к единице массы, к единице объема и к единице количества вещества. Соответственно различают удельную, объемную и молярную теплоемкости, (обозначения , , и ).

Между указанными теплоемкостями существует функциональная связь

. (1. 12)

Объемную теплоемкость газа принято относить к объему при нормальных условиях. Поэтому при ее расчете используют плотность газа при нормальных условиях.

Теплоемкость газа зависит от характера процесса подвода (отвода) теплоты, от природы газа, его температуры и давления.

Особое значение в тепловых расчетах имеют теплоемкости газа в процессах при постоянном давлении и постоянном объеме – соответственно изобарная и изохорная теплоемкости. Их связывает между собой уравнение Майера:

– для 1 кг газа

, (1. 13)

где и – изобарная и изохорная удельные теплоемкости;

– для 1-го моля газа

, (1. 13а)

где и – изобарная и изохорная молярные теплоемкости.

Отношение этих теплоемкостей называют показателем адиабаты

. (1. 14)

Для приближенных расчетов при невысоких температурах можно принимать постоянные значения молярных теплоемкостей и показателей адиабаты (приложение В). В этом случае считают теплоемкость газа постоянной.

С учетом зависимости теплоемкости от температуры различают истинные и средние теплоемкости. Истинную теплоемкость определяют при малом (бесконечно малом) изменении температуры, а среднюю – при конечном (заданном) интервале температур.

Среднюю теплоемкость в интервале температур от до принято рассчитывать как