Text_lektsiy_z_TTD_chastina_1__3-y_sem_ukr_2015

РГ наближається по своїх властивостях до ІГ при зменшенні ρ (густини)

тобто із зростанням T і зменшенні p .

Область станів, де газ можна розглядати як ІГ визначається необхід-

ною точністю технічних розрахунків.

Питання для самоперевірки знань з ТТД за Розділом 1 (лекція №1).

1.Термодинаміка – наука про енергію.

2.ТТД – наука про енергетичні перетворення і взаємодії, а також про властивості тіл, які в них беруть участь.

3.Енергія – універсальна (загальна) міра різних форм руху матерії. Енергія тісно пов’язана з матерією (речовина і поле).

4.Різні форми руху:

механічний рух, електричний рух, магнітний рух, тепловий рух, хімічний рух і так далі.

Відповідно розрізняють і різні види енергії:

механічна, електрична, магнітна, теплова (енергія хаотичного руху мік-

рочасток, з яких складається тіло), хімічна і так далі

5.Три основні форми обміну енергією між тілами: 1 Енергообмін у формі теплоти.

2 Енергообмін у формі роботи.

3 Енергообмін з потоком речовини.

6.Теплота і робота – є мірою енергії, що передається (а не енергією)

7.Теплота і робота є енергетичними проявами переходу енергії при взаємних перетвореннях руху

8.Робота L - передача енергії від одного тіла до іншого в організованій впо-

рядкованій формі (ПОРЯДОК)

9.Процес передачі енергії у формі роботи називається здійснення роботи

(механічна взаємодія)

10.Теплота Q - передача енергії від одного тіла до іншого в неорганізованій

хаотичній формі (ХАОС)

11.Процес передачі енергії у формі теплоти називається теплообміном (теп-

лова взаємодія

12.Для передачі енергії у формі роботи необхідна силова дія одного тіла на інше.

13.Для передачі енергії у формі теплоти необхідна різниця температур між тілами.

14.Між Q та L є істотна різниця. Якщо роботу в теплоту ( L → Q ) можна перетворити повністю, то теплоту в роботу ( Q → L ) – лише частково.

15.Знаки «+» або «-» при Q та L встановлюються по відношенню до певного тіла.

16.Будь-який об’єкт, який вивчається ТТД, називається термодинамічною си-

стемою (ТС)

17.2. Якщо границі ТС непроникні для речовини, то така система назива-

ється закритою.

18.3. Якщо границі ТС проникні для речовини, то така система називається

відкритою.

19.Стаціонарний потоковий процес характерний для відкритих ТС з

обов’язковим підведенням і відведенням речовини (потоки речовини) при

системі).

20.Якщо границі ТС непроникні ні для речовини, ні для потоків енергії в різних формах, то така ТС називається ізольованою.

21.Енергетично ізольована ТС – немає обміну із зовнішнім середовищем ні у формі теплоти, ні у формі роботи ( Q = 0 , L = 0 ).

22.Адіабатна ТС – немає теплообміну термодинамічної системи із зовніш-

нім середовищем ( Q = 0 ).

23.Робоче тіло (РТ) – це речовина, за допомогою якої здійснюються тепломеханические процеси

24.У тих станах, коли взаємодією між молекулами і їх об’ємом можна нехтувати робоче тіло вважається ідеальним газом (ІГ). Якщо нехтувати не можна

– реальним газом (РГ). Область станів, де газ можна розглядати як ІГ ви-

значається необхідною точністю технічних розрахунків

25. Первинні енергоресурси – енергетичне і ядерне паливо, сонячна енергія і геотермальна енергія. Є ще поняття вторинні енергоресурси (ВЕР) – ті, що отримані, як побічний продукт або відходи основного виробництва. Енерге-

тичний потенціал продукції, відходів, побічних і проміжних продуктів, який утворюєть- ся в технологічних агрегатах (установках, процесах) і не використовується в самому агрегаті, але може бути частково чи повністю використаний для енергопостачання інших апаратів (процесів)

Організаційні питання

1.Лекції, практичні.

2.Контрольні заходи:

-3-й семестр –1) чотири самостійні роботи; 2) дві контрольні роботи; 3) РГР; 4) зошит для практичних занять (вирішені всі задачі та вміти пояснити кожну!)

-4-й семестр – 1) чотири контрольні роботи; 2) РГР; 3) зошит для практичних занять (вирішені всі задачі та вміти пояснити кожну!)

3.Багато додаткового матеріалу – СРС, домашні завдання (матеріали будуть надсилатися по ел. пошті)

4.Адреси ел. пошти груп: ТП -_1 _______________ , ТП-_2 _____________

5.Телефони старост груп: ТП -_1 _______________ , ТП-_2 _____________

6.Зошит для практичних занять (аудиторні та домашні завдання - біля 100 задач) бажано придбати об’ємом ~ 96 аркушів, для лекцій також - ~96 аркушів.

7.На лекціях викладачем проводиться коротке опитування (теоретичний матеріал попе- редніх лекцій –головне!). Тому, при підготовці треба обов’язково читати конспект перед лекціями та практичними заняттями, виділити для себе головне! (стрижень, а деталі будуть поступово накопичуватися!). Для полегшення засвоєння матеріалу, в тексті лек-

цій наводяться контрольні питання для самоперевірки знань

8.В 3-му семестрі – диф. залік. В 4-му – екзамен.

9.Заборона списування!!!

10.Дисципліна навчального процесу:

а) не спізнюватися на заняття! (при спізненні на заняття з поважних причин:

1) вибачитися; 2) пояснити причину; 3) попросити дозволу бути присутнім на занятті. б) Пропущені заняття (практичні та лекційні): відпрацювати на консультаціях.

Якщо пропусків без поважних причин більше двох разів – пояснювальна записка на ім’я зав. кафедрою та дозвіл на продовження занять з дисципліни ТТД від завідуючого кафедрою.

14

Розділ 1 Лекція 2

1.4. ОСНОВНІ ТЕРМОДИНАМІЧНІ ВЕЛИЧИНИ

Термодинамічним станом системи (робочого тіла) називається сукупність фізичних властивостей, що притаманні даній системі (робочому тілу).

Термодинамічний процес - всяка послідовна зміна стану тіла (системи) під впливом енергообміну із зовнішнім середовищем.

Макроскопічні величини (тобто величини, що характеризують робоче тіло в цілому), що описують фізичні властивості робочого тіла в даний момент, називаються термодинамічними параметрами стану.

Термодинамічний процес характеризується трьома елементами:

1.характером зміни параметрів робочого тіла. характеристики стану РТ

2.кількістю теплоти і роботи.

характеристики процесу

3. кількістю енергії дисипації (розсіювання).

ОСНОВНІ ТЕРМОДИНАМІЧНІ ВЕЛИЧИНИ

Дж кДж

,кг кг

кДж s - питома ентропія кг К

Одне із завдань в курсі ТТД - навчитися визначати для простих РТ всі шість параметрів

1.4.1. ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНУ (ПАРАМЕТРИ)

Внутрішній стан системи (РТ) характеризується фізичними величинами, які

в ТД називаються параметрами стану.

Параметри стану розділяються на інтенсивних (не залежні від маси робочого тіла) і екстенсивних (пропорційні масі робочого тіла).

Основними (незалежними) параметрами стану є ті з них, за допомогою яких можна сповна ясно описати стан системи (РТ) і виразити всі інші параметри. До основних параметрів стану, що подаються безпосередньому виміру простими

технічними засобами, відносяться p - абсолютний тиск, v - питомий об'єм, T

- абсолютна температура. Ці три параметри носять назву термічних парамет- рів стану.

До параметрів стану, як буде показано далі, відносяться також питома

внутрішня енергія u , удельная энтальпия h и удельная энтропия s , которые носят название калорических параметров состояния.

У ТД в першу чергу розглядають рівноважні стани систем, при яких по всій масі системи (робочого тіла) параметри зберігають однакові значення.

Система знаходиться в рівноважному стані (термодинамічній рівновазі),

якщо при ізоляції її, від дій зовнішнього середовища, параметри стану по всій ма-

сі системи (РТ) зберігають однакове значення і не змінюються в часі. (Бер)

Для простих РТ (гази, пари і їх суміші) рівноважний стан визначається двома незалежними параметрами. Рівноважний стан простих РТ можна зобразити в плоских координатах у вигляді точки.

P

Pa a

При енергообміні РТ із зовнішнім середовищем, його параметри змінюватимуть-

ся, тоді говорять про зміну (у математиці - приріст) параметра.

Розрізняють:

dZ - нескінчена мала зміна (приріст) параметра або повний диференціал, dZ > < 0 де

Z = p, v,T ... - любий параметр : dp > < 0 ; dv > < 0 ; dT > < 0 ;

Z - кінцева зміна (приріст) параметра (зміна параметра визначається лише значеннями

δ - - нескінчена мала кількість чогось : δ m , δ Q , δ L

Для простих РТ термічні параметри об'єднуються одним рівнянням

F (p, v,T ) = 0

Це рівняння називається - термічне рівняння стану.

Найбільш простий вигляд це рівняння має для випадку ідеального газу pv = RT - рівняння Клапейрона-Менделєєва

1.4.2.ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕСУ

Основні (зовнішні) кількісні енергетичні характеристики процесів - Q -

теплота процесу, Дж; L - робота процесу, Дж; ( q -питома теплота, Дж/кг; l -

питома робота, Дж/кг).

Окрім зовнішніх енергетичних результатів (характеристик) процесу ( Q , L

- теплота, робота) для реальних процесів характерні внутрішні енергетичні ефе-

кти (тобто в межах даного тіла), що пов'язані з тертям. На подолання тертя ви-

трачається робота тертя Lr ( lr ). Ця робота перетворюється на теплоту тертя

Qr ( qr ) - відбувається перехід впорядкованого руху в хаотичний (дисипація -

розсіювання енергії).

Якщо процес нескінченно малий то: δ Q ,δ L,δ Lrδ Qr - елементарна (нескін-

ченно мала) кількість теплоти і роботи.

Розрізняють:

а) елементарна (нескінченно мала) кількість зовнішньої теплоти δQ , ро-

боти δL і теплоти тертя δQr ;

б) повна кількість зовнішньої теплоти, роботи і теплоти тертя:

2

∫δQ = Q1− 2 = Q

1

2

Qr - теплота тертя завжди додатня, бо підводиться до РТ. Ця теплота свій знак не міняє.

δLr = δQr > 0 Lr = Qr > 0

Теплота тертя Qr впливає на зміну стану РТ подібно додаткового зовніш-

ньому теплоподводу в кількості Qr > 0 . Звідси загальний тепловий ефект про-

цесу дорівнює

Q* = Q + Qr

Підкреслимо, що в загальному випадку величинам Q, L, Qr , Lr не можна приписувати сенс «вміст» або «запас» чогось в системі. Вони виявляються лише

при енергообміні, лише в процесі. Немає процесу, і немає таких понять як тепло-

та, робота, теплота тертя і робота тертя. Тому не можна величини δQ , δL , δQr ,

Відношення елементарних величин теплоти та роботи до проміжку часу протікання елементарного процесу дає:

δ τ = & - потік теплоти (потік енергії у формі теплоти, теплова потуж-

Q

d

/

Q

ність);

δ L / dτ = N - потік роботи (потік енергії у формі роботи, механічна потуж-

ність).

δm / dτ = m& - масова витрата речовини.

Питання для самоперевірки знань з ТТД за Розділом 1 (лекція №2).

1.Термодинамічним станом системи (робочого тіла) називається сукупність фізичних властивостей, властивих даній системі (робочому тілу).

2.Термодинамічний процес - всяка послідовна зміна стану тіла (системи) під впливом енергообміну із зовнішнім середовищем.

3.Макроскопічні величини (тобто величини, що характеризують робоче тіло в цілому), що описують фізичні властивості робочого тіла в даний момент, називаються термодинамічними параметрами стану.

4.Основні термодинамічні величини:

характеристики стану або параметри (термічні -T , p ,v та калоричні, u,h, s )

та

характеристики процесу ( Q , L, Lr Qr ).

5.Рівноважний стан системи – коли по всій масі системи (робочого тіла) па-

раметри зберігають однакові значення.

6.Qr - теплота тертя завжди позитивна, бо підводиться до РТ. Ця теплота

свій знак не міняє.

7.Теплота тертя Qr впливає на зміну стану РТ подібно додаткового зовніш-

ньому теплоподводу в кількості Qr > 0

δτ = &

8.Q / d Q - потік теплоти (потік енергії у формі теплоти, теплова по-

тужність) - відношення елементарної величини теплоти до проміжку часу

протікання елементарного процесу.

9. δ L / dτ = N - потік роботи (потік енергії у формі роботи, механічна

потужність) - відношення елементарної величини роботи до проміжку часу

протікання елементарного процесу.

1.5ТЕРМОДИНАМІЧНІ ПРОЦЕСИ

Нагадування! Термодинамічний процес - послідовна зміна стану РТ в наслідок енергообміну із зовнішнім середовищем.

Термодинамічні процеси можна класифікувати за наступними ознаками:

1. ПО ХАРАКТЕРУ ЗМІНИ ПАРАМЕТРІВ РТ В ПРОЦЕСІ

а) Рівноважні процеси - це безперервна послідовність рівноважних станів

РТ, що можлива при нескінченно повільному протіканні процесу і відсутності те-

ртя. Таким чином, це процес, що ідеалізується.

Ознака рівноважного процесу: Lr = Qr = 0 (відсутність тертя)

б) Умовно рівноважні процеси - це реальні процеси (протікають з тертям Lr = Qr > 0 ), але для яких з достатньою для практики точністю всі проміжні стани і кінцеві можна вважати рівноважними.

Рівноважні і умовно рівноважні процеси з простими РТ відповідно до ви-

значення можна показати в плоских координатах суцільною лінією

2сати термічне рівняння стану:

F (p, v,T )= 0

в) Нерівноважні процеси - реальні процеси, що характеризуються неодна-

ковістю параметрів по всій масі робочого тіла в проміжних станах.

В курсі ТД вивчають такі нерівноважні процеси, в яких проміжні стани -

не рівноважні, а початковий (цифра 1) і кінцевий (цифра 2) - обов'язково рів-

новажні.