Практическое занятие №2 газовые смеси, теплоемкость газов и их смеси

Чистые газы, входящие в состав газовой смеси, называют компонентами. Давление отдельного компонента смеси на стенку сосуда, в котором помещена смесь, называют парциальным. Согласно закону Дальтона абсолютное давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений компонентов.

Состав газовой смеси может быть задан массовыми ( ), объемными

( ) или мольными ( ) долями:

_, , ,

где , и - масса, объем и число молей смеси соответственно;

, и - масса, приведенный к давлению смеси (T = const) объем и число молей i-го компонента соответственно.

Причем и

_{Доли могут быть переведены одна в другую, например, по формулам:}

_{где μi - молекулярная масса i-го компонента.}

_{Количество теплоты qx, которое нужно подвести к единице количества газа N, чтобы изменить его температуру на 1 К в каком-либо термодинамическом процессе называют средней удельной теплоемкостью газа в этом процессе.}

_,

_{где qx - количество подведенной теплоты, кДж; ∆t = t2 - t1 - соответствующее изменение температуры газа, К; N – количество вещества.}

_{Каждый процесс имеет свою собственную теплоемкость для одного и того же газа.}

_{Предел, к которому стремится средняя теплоемкость при ∆t → 0 называют истинной теплоемкостью газа в данном процессе x.}

_{В зависимости от выбранной единицы количества вещества различают теплоемкости:}

_{1) массовую, отнесенную к одному килограмму газа, Cx, Cxm}

2) объемную, отнесенную к 1 м³ при нормальных условиях _{, .}

3) мольную, отнесенную к одному молю газа, , .

_{Связь между этими теплоемкостями такова:}

_{Для идеальных газов связь между теплоемкостью, определенной в изобарном процессе Cp , и теплоемкостью, определенной в изохорном процессе Cv , устанавливается уравнением Майера}

или

где R – газовая постоянная исследуемого газа, а - универсальная газовая постоянная.

Теплоемкость смеси газов можно определить по следующим формулам:

1) для смеси, заданной массовыми долями:

2) для смеси, заданной объемными долями:

3) для смеси, заданной мольными долями:

Для усвоения материала используются следующие задания (Л. 2 № 78, 80-92, 94, 96, 97, 101, 103-105, 108, 110, 113, 114, 116, 117, 118, 120-129, 131-137, 139-141, 143-149).

Отчетность по результатам данного занятия проводится письменно в соответствии с заданием или в устной форме в виде опроса.

Практическое занятие №3 первый и второй законы термодинамики

Первый закон термодинамики базируется на всеобщем законе сохранения энергии и утверждает, что полная энергия изолированной термодинамической системы при любых происходящих в ней процессах остается неизменной.

Применительно к проблемам технической термодинамики он звучит так: “изменение внутренней энергии рабочего тела в термодинамическом процессе равно разности между энергией, подведенной в форме теплоты, и энергией, подведенной в форме работы”.

Математическое выражение 1-го закона имеет две формы:

,

.

Из них вытекает основное термодинамическое тождество:

.

Второй закон термодинамики имеет несколько формулировок, например:

Р. Клазиус – “теплота не может сама собой переходить от менее нагретого тела к более нагретому, или некомпенсированный переход теплоты от тела холодного к телу горячему невозможен”.

Р. Планк – “нельзя построить периодически действующий двигатель, единственным результатом действия которого было бы охлаждение источника теплоты и поднятие груза (производство работы). Часть подведенной теплоты необходимо отдать нижнему источнику”.

С. Карно – “для получения из теплоты работы необходимо иметь разность температур” и т.д.

Из 2-го закона термодинамики следует, что в двигателях, работающих по круговым циклам, не вся подведенная к рабочему телу теплота преобразуется в работу, поскольку для осуществления цикла необходимо часть подведенной теплоты отдавать в окружающую среду, поэтому к.п.д. любого теплового двигателя меньше единицы.

,

_{где l0 – полезная работа, q1 – подведенная теплота, q2 – отведенная теплота.}

Математическое выражение второго закона термодинамики для круговых процессов выглядит следующим образом:

- необратимые циклы,

- обратимые циклы,

а для разомкнутых процессов:

- необратимые процессы,

- обратимые процессы.

Для усвоения материала используются следующие задания (Л. 2 № 118, 120-129, 131-137, 139-141, 143-149, 238, 241, 243, 245, 252, 253, 255, 256, 258).

Отчетность по результатам данного занятия проводится письменно в соответствии с заданием или в устной форме в виде опроса.