- •Лекция 3 Тема: «первый закон термодинамики (продолжение)»
- •5. Уравнение первого закона термодинамики для открытых систем
- •6. Теплоемкость
- •6.1. Истинная и средняя теплоемкость
- •6.2. Удельная теплоемкость
- •6.3. Зависимость теплоемкости от температуры
- •6.4. Изохорная и изобарная теплоемкости
- •7. Вычисление основных функций состояния рабочего тела
- •7.1. Внутренняя энергия
- •7.2. Энтальпия
- •7.3. Энтропия
6.4. Изохорная и изобарная теплоемкости
Как известно, для термодинамической системы с двумя (и более) степенями свободы количество теплоты является функцией процесса, а не функцией состояния системы. Следовательно, и теплоемкость данного рабочего тела характеризует не только его собственное физическое свойство, но и зависит от того, в каком конкретном термодинамическом процессе рабочее тело получает или отдает энергию в форме теплоты.
Поэтому, когда мы говорим о теплоемкости, следует оговориться, о каком процессе подвода теплоты к данному веществу идет речь. Наиболее часто на практике используются изохорная с и изобарная ср теплоемкости, которые характеризуют процесс подвода теплоты, соответственно, при постоянном объеме и давлении.
Физический смысл изохорной и изобарной теплоемкостей можно выяснить, рассмотрев полные дифференциалы внутренней энергии du и энтальпии dh.
Внутреннюю энергию, как функцию состояния, можно представить в виде функции любых двух термодинамических параметров, например, u = f(T, ), полный дифференциал которой записывается так:
.
Для изохорного процесса из уравнения первого закона термодинамики du = dq – dl следует, что du = dq, то есть теплота, подводимая к системе в изохорном процессе, расходуется только на изменение внутренней энергии системы. Отсюда очевидно, что выражение для изохорной теплоемкости
может быть представлено в виде:
Это выражение показывает, что изохорная теплоемкость характеризует темп роста внутренней энергии при повышении температуры в изохорном процессе.
Для выяснения физического смысла изобарной теплоемкости рассмотрим полный дифференциал энтальпии, представляющей собой функцию двух термодинамических параметров h = f(T, p):
.
Для изобарного процесса из уравнения первого закона термодинамики для открытой системы dh = dq + dp следует, что dh = dqр (dp = 0), то есть теплота, подводимая к системе в изобарном процессе, расходуется только на изменение энтальпии системы. Отсюда следует, что выражение для изобарной теплоемкости
может быть представлено в виде:
Это выражение показывает, что изобарная теплоемкость ср характеризует темп роста энтальпии при повышении температуры в изобарном процессе.
Для идеальных газов связь между изобарной и изохорной теплоемкостями устанавливается уравнениями Майера:
ср – с = R или срМ – сМ = RМ = 8314 Дж/(кмольК).
Отношение теплоемкостей при постоянном давлении и постоянном объеме, обозначается буквой k и называется показателем адиабаты:
.
7. Вычисление основных функций состояния рабочего тела
В технической термодинамике используются три основные функции состояния: внутренняя энергия, энтальпия и энтропия.
Эти функции зависят только от состояния рабочего тела, их изменение в ходе термодинамического процесса не зависит от хода процесса.
7.1. Внутренняя энергия
Внутренняя энергия – функция состояния закрытой термодинамической системы, определяемая тем, что ее приращение в любом процессе, происходящем в этой системе, равно сумме теплоты, сообщенной системе, и работы, совершенной над ней.
Если рабочее тело – идеальный газ, то внутренняя энергия зависит только от температуры. Для процесса идеального газа изменение удельной внутренней энергии u1-2 равно:
.
Приближенная формула (c = const):
u1-2 = c(t2 – t1).
