Термодинамика и теплопередача. Внутренняя энергия

1. Термодинамика и теплопередача

Лекция 2

2. Внутренняя энергия:

Кинетическая энергия
Потенциальная энергия
Энергия электронных оболочек атомов
Внутриядерная энергия
Две последние в большинстве теплоэнергетических
процессах остаются неизменными.

3. Внутренняя энергия, U [Дж]

энергия хаотического движения молекул и
атомов, включающую энергию
поступательного, вращательного и
колебательного движений как
молекулярного, так и внутримолекулярного,
а так же потенциальную энергию сил
взаимодействия между молекулами

4. Удельная внутренняя энергия, u

u U / M
[Дж/кг]
Внутренняя энергия функция состояния тела и может быть
представлена в виде функции двух любых независимых
параметров:
u 1 ( p,V )
u 2 ( p, T )
u 3 (T ,V )
Изменение внутренней энергии:
2
u du u 2 u1
1

5. Теплота

Теплота, Q – представляет собой
переданное от одного тела к другому
определенное количество энергии
хаотического молекулярного и
внутримолекулярного движения
+ Q – подводимая теплота
- Q – отводимая теплота

6. Работа

Работа, L [Дж] – в термодинамике
называется процесс превращения одного
вида энергии в другой, при котором
энергия одного вида уменьшается, а
энергия другого вида увеличивается.

7. Работа расширения

Масса М
Объем V
Площадь поверхности F
Элементарный элемент оболочки dF
Сила pdF
Элементарная работа pdFdn

8. Работа расширения

Общая работа:
L p dFdn
F
Изменение объема:
V dFdn
F
Следовательно:
L pdV
V2
Работа расширения:
L
pdV
V1
v2
l pdv
v1

9. Работа в координатах Р, V

1 2 - процесс
расширения
1а2 – процесс
расширения
dl
1b2 – процесс
расширения
pdv=δl
L
- площадь заштрихованной вертикальной полоски

10. Энтальпия

H U pV
Энтальпия, Н [Дж] - термодинамический потенциал,
характеризующий состояние термодинамической
системы. Энергия, которая доступна для
преобразования в теплоту при постоянном давлении.
Энтальпия – функция состояния:
h 1 ( p, v)
h 2 (v,T )
h 3 ( p, T )

11. Энтальпия

Удельная энтальпия – энтальпия системы
содержащий 1 кг вещества h [Дж/кг]:
h u pv
Изменение энтальпии в любом
процессе определяется только
начальным и конечным состояниями
тела и не зависит от характера
процесса

12.

Уравнение первого начала термодинамики:
q du pdv
С учетом очевидного соотношения:
pdv d ( pv) vdp
Может быть записано в виде:
q d (u pv) vdp или q dh vdp
Если давление системы сохраняется неизменным:
q p dh
q p h2 h1
или
t2
h h2 h1 c p dT
t1

13. Теплоемкость

Теплоемкость, с [Дж/кг*град] – количество
тепла, которое нужно повести единице
тела для повышения его температуры на
10С в данном процессе.
С Q / dТ
T2
q cdT
T1

14. Теплоемкость в зависимости от единицы количества вещества:

Удельная массовая теплоемкость, с
[Дж/кг*К];
Удельная объемная теплоемкость, с/
[Дж/м3*К];
Удельная мольная теплоемкость, см,
[Дж/кмоль*К]
с
с/
Н
с
с
/
с

15. Массовая теплоемкость

Изобарная теплоемкость: с р q p / dT
Изохорная теплоемкость: сv qv / dT
Отношение теплоемкостей:
с р k c v
c
p
c
v k
Уравнение Майера:
ср
сv
k
с р сv R

16. Средняя теплоемкость, сm

данного процесса в
интервале температур
от t1 до t2 называется
отношением
количества теплоты,
сообщаемой газу, к
разности конечной и
начальной
температур:
ст q1, 2 /(t 2 t1 )

17. Истинная теплоемкость

Истинная теплоемкость соответствует
бесконечно малому интервалу
температур.
с q / dT