Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
EZT_Chastina_2_Rozd_4_5_6_7.doc
Скачиваний:
111
Добавлен:
12.02.2016
Размер:
3 Мб
Скачать
☆

4.5. Політропний процес

Термодинамічний процес, який протікає в ідеальному газі (фізичній системі) при постійній теплоємності, називається політропним.

Цей процес характеризується заданим коефіцієнтом - розподілення теплоти між зміною внутрішньої енергії робочого тіла u та виконаною ним роботою l. Політропний процес є узагальнюючим, оскільки значення показника політропи визначає характер процесу і можна доказати, що всі процеси, які ми розглянули раніше, є лише окремими його випадками.

1. Рівняння політропного процесу.

Для виведення рівняння політропного процесу використаємо рівняння 1-го закону термодинаміки:

в 1-ій формі запису

dq = du + pd;

в 2 -ій формі запису

dq = di - dp.

Відомо, що

du = C•dT (а)

та

di = Cp•dT. (б)

Виходячи із поняття теплоємності політропного процесу Сп запишемо кількість теплоти політропного процесу:

dqп = Cп dT. (в) (4.55)

Підставивши формули (а), (б) та (в) в попередні вирази отримаємо наступні рівняння 1-го закону термодинаміки.

В 1-шій формі запису:

dqп = C••dT + p•d

та

Cп••dT = C•dT + p•d;

в 2-гій формі запису:

dqп = Cp•dT - •dp

та

Cп•dT = Cp•dT - •dp.

Отримані рівняння запишемо у вигляді:

1-ша форма запису:

(Cп - C)•dT = p•d, (г)

2-га форма запису:

(Сп - Сp)•dT = - •dp. (д)

Поділивши рівняння (д) на рівняння (г) отримаємо значення показника політропи:

(Сп - Сp)/(Cп - C) = n; (4.56)

- •dp/p•d = n. (4.57)

де n- коефіцієнт політропи.

Перепишемо рівняння (4.57) у вигляді:

- •dp = n•p•d,

або

n•p•d + •dp = 0.

Поділивши останнє рівняння на вираз (p•) отримаємо:

(n•p•d/p•) + (•dp/ p•) = 0,

звідки

(n•d/) + (dp/ p) = 0.

Прологарифмуємо останнє рівняння і отримуємо рівняння політропного процесу:

n•ln + lnp = 0, (4.58)

або

ln(p•n) = 0. (4.59)

Звідки, рівняння стану політропного процесу, тобто закон взаємозв’язку між термічними параметрами в політропному процесі має вигляд:

p•n =const. (4.60)

2. Зв'язок між параметрами політропного процесу.

Отже, рівняння стану політропного процесу , тобто закон взаємозв’язку між термічними параметрами в політропному процесі має вигляд, ф.(4.60):

p•n = const.

Звідки

p1/p2 = (2/l)n;

T2/T1 = (/2)(n-l);

T2/T1 = (p2/p1)(n- 1)/n . (4.61)

Тоді показник політропи можна обчислити за рівняння:

n = ln(pl/p2)/ln(2/l). (4.62)

Варто зазначити, що рівняння (4.60) справедливе як для ідеального, так і для реального процесів, в той час як рівняння (4.61) та (4.62) справедливі тільки для ідеального процесу.

Таким чином, рівняння (4.60) є узагальнюючим по відношенню до розглянутих нами термодинамічних процесів.

Показник політропи, як і показник адіабати, залежить від теплоємності газу. Являючись для конкретного газу постійною величиною він може змінюватись в широких межах. Тобто

+ > n > -

  1. Теплоємність робочого тіла в політропному процесі.

Запишемо рівняння (4.56)

n = (Cn - Cp)/(Cn - C) та k = Cp/C,

або у вигляді

n•(Cn - C) = Cn - Cp та k•C = Cp.

Зробимо відповідну підстановку і отримаємо

n = (Cn - k•C)/(Cn - C).

Розділивши це рівняння на (C) ми отримаємо:

n = (n – k)/(n – 1)

або, так як n = Cn/C, то

Cn = C••(n - k)/(n - 1). (4.63)

  1. Робота розширення ідеального газу в політропному процесі.

В загальному вигляді роботу розширення робочого тіла (газу) в процесі 1-2 запишемо у вигляді:

l1-2 = 12 p•d.

В цей вираз підставимо рівняння p = p1•1n/n і отримаємо :

l1-2 = 12 pl•ln •d/n = pl•l•1 – (1/2)(n – 1)/(n - 1). (4.64)

Зробивши відповідні заміни в цьому рівнянні рівняннями (4.61) ми отримаємо:

l пол.= Ri•(T1 - T2)/(n - 1) = (p1•1 -.p2•2)/(n - 1) =

= pl•l 1 – (p2/p1) (n – 1)/n/(n - 1). (4.65)

5. Теплота політропного процесу.

Теплоту процесу розраховують в загальному за рівнянням:

q1-2 = 12 C•dT.

Для політропного процесу

Cп = C•(n - k)/(n - 1),

тоді

qпол = 1 2 C (n-k)/(n-1)•d = C•(2 - 1)(n-k)/(n-1). (4.66)

Або

q2-1= (u2 - u1) + l1-2. (4.67)

6. Зміни внутрішньої енергії, ентальпії та ентропії не залежать від процесу, тому для довільного процесу їх можна обчислити за відомими формулами:

-зміна внутрішньої енергії

duпол = C •dT,

-зміна ентальпії

diпол = Cp•dT

-зміна ентропії

s2 - s1 = C•ln(T2/T1) + Ri ln(2/1)

або у вигляді

s2 - s1 = C• ln(T2/T1) - Ri• ln(p2/p1).

Поряд з останнім рівнянням при дослідженні політропного процесу використовується наступна формула:

s = 1 2 C•(n - k)/(n - 1)•dT/T = C••(n - k)/(n - 1)•ln(T2/T1). (4.68)

  1. Частка теплоти, яка тратиться на зміну внутрішньої енергії газу в політропному процесі:

пол = u/q = C•/C••(n - k)/(n - 1) = (n - 1)/(n - 1). (4.69)

8. Частка теплоти, яка витрачається на виконання роботи в політропному процесі:

= l/q = 1 - пол = (1 – k)/(k – n). (4.70)

9. Графічне зображення політропного процесу:

З рівняння стану політропного процесу p• n = const, для різних значень показника політропи отримаємо наступні вирази:

  1. n = 0; p•0 = p = const - ізобара.

  2. n = ; p• = const; p1/• = const; = const - ізохора.

  3. n = 1; p•1 = const; T = const - ізотерма.

  4. n = k; p•k = const - адіабата.

Рис. 4.7. Графічне зображення політропного (узагальнюючого) процесу в p- (а) та -s (б) координатах

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]