Площадь между кривой, изображающей некоторый процесс на диаграмме

Т _ s, и осью абсцисс представляет (в определенном масштабе) теплоту,

Принимающую участие в данном процессе, поскольку в соответствии с

равенством (1.20) имеем:

dq =Tds и = ∫

s

s

Q Tds (1.21)

При изучении различных термодинамических процессов представляет

Практический интерес определение не абсолютных значений рассматрива-

Емых функций, а их изменение в данном процессе. Поэтому исходное состоя-

Ние, при котором значения функций состояния принимаются равными нулю,

Можно выбирать произвольно.

В технической термодинамике принято считать таким исходным состо-

янием нормальные условия, т. е. температуру Т0 = 273,15 0К и давление

р0 = 101 кПа (1 атм.). Следовательно, приводимые в справочной литературе

Величины внутренней энергии u, энтальпии h и энтропии s представляют

Собой не абсолютные значения этих функций состояния, а разности между их

Значениями в данном состоянии и при нормальных условиях.

Термодинамика рабочего тела

Термодинамические процессы идеального газа

Идеальным газом называется модельный газ, у которого

Отсутствуют силы взаимного притяжения или отталкивания между

Молекулами и можно пренебречь размерами молекул.

Реальные газы при высоких температурах и малых давлениях можно

Также практически рассматривать как идеальные газы.

Так как силы взаимодействия между молекулами идеального газа отсутству-

Ют, поэтому внутренняя потенциальная энергия идеального газа равна нулю,

И внутренняя энергия идеального газа определяется кинетической

энергией, величина которой зависит от температуры: Uид.г = f (T) ≠ f (p,v).

Универсальное уравнение состояния идеального газа, т. е. связь между

параметрами состояния р, V и Т имеет вид:

pV = m/МRмТ, (2.1)

где М – молекулярная масса и m/М – число молей вещества;

Rм = 8,3143 Дж/мольｷК – универсальная газовая постоянная.

Это уравнение Клапейрона – Менделеева.

Для технических расчетов уравнение состояния для 1 кг идеального

газа представляется в виде: pv = RT (уравнение Клайперона), (2.1,а)

где газовая постоянная R = Rм / М = 8314,3/М (Дж /кг ｷ К).

Протекание различных термодинамических процессов сопровождается

Изменением состояния рабочего тела. При этом имеется множество таких

Процессов, среди которых выделяют четыре основных: изохорный, изобар-

Ный, изотермический (изотермный) и адиабатный.

В чистом виде эти процессы редко встречаются на практике, однако во

Многих случаях при исследовании работы реальных тепловых машин и

Других тепловых аппаратов представление о них иметь необходимо. При

Рассмотрении основных обратимых (равновесных) процессов идеального

Газа для каждого из них найдем связь между параметрами состояния, опреде-

Лим работу и теплоту, получим выражения для изменения функций состоя-

Ния и рассмотрим графическое представление этих процессов на диаграммах

р _ v и Т _ s.

Изохорный процесс _ это изменение состояния газа, происходящее

При постоянном объеме (нагревание или охлаждение газа, находящегося в

герме-тически закрытом резервуаре постоянного объема). Связь между

изменяю-щимися параметрами состояния (р и Т) с учетом уравнения (2.1, a)

определя-ется выражением: р / Т = const или р 2 / р 1 = T2 / T1.

На диаграмме р _ v этот процесс изображается прямой, параллельной

оси давлений (рис. 2.1, а).

При подводе тепла (q > 0)

Температура газа повышается и

Пропорционально ее увеличе-

Нию растет давление (отрезок

Если газ отдает теплоту

(q < 0), температура его пони-

Жается, что сопровождается

Пропорциональным уменьшени-

ем давления (отрезок 1_2').

В связи с постоянством объема, работа изохорного процесса равна

Нулю. В соответствии с первым законом термодинамики теплота процесса

Целиком затрачивается на увеличение внутренней энергии системы и опреде-

ляется __________уравнением:

qv = Δu = сv (Т2 _ Т1), (2.2)

где сv _ среднее значение изохорной теплоемкости в данном

Температурном интервале.

Для расчета изменения энтропии используем выражение (1.18):

ds = dqv / T = T c d T

С dT

v

v = ln ,

откуда имеем: Δs = сv ln Т2 / Т1 . (2.3)

На диаграмме Т _ s

Изохорный процесс изобра-

Жается логарифмической

кривой (рис. 2.1,б); при этом

Росту энтропии (подводу

Теплоты) соответствует

Повышение температуры

(отрезок 1 _ 2), а уменьше-

Ние энтропии (отвод теп-

лоты) _ снижению температуры (отрезок 1 _ 2').

Изобарный процесс представляет собой изменение состояния газа,