Решение задач смесь задана массовыми долями

Она состоит из кинетической энергии, вращательного и колебательного движения молекул, потенциальной энергии взаимодействия молекул, энергии внутриатомных и внутриядерных движений частиц и др. Найти конечную температуру воздуха и удельные количества теплоты и работы, считая зависимость теплоемкости от температуры нелинейной. В уравнениях 4.

Решение задач смесь задана массовыми долями математические задачи на смекалку с решениями

Мышление решение задач операции формы мышления решение задач смесь задана массовыми долями

Парциальным считается давление, которое создавал бы отдельный газ, входящий в состав смеси, если бы он занимал весь объем смеси при температуре смеси. Приведенным объемом называется - объем отдельного газа, входящего в состав смеси, при температуре и давление смеси. Состав смеси может быть задан числом молей киломолей отдельных газов. Молярные доли, то есть отношение числа молей отдельного газа к числу молей смеси, эквивалентны объемным долям.

Газовая постоянная смеси R cm может быть определена по одному из следующих выражений:. При решении задач второго раздела используются математические зависимости как первого, так данного разделов. Необходимо особо отметить, что при ответе на вопросы, касающиеся отдельных газов, необходимо использовать параметры данных газов, а при определении параметров смеси - использовать параметры газовой смеси. Для избежания ошибок во всех математических зависимостях необходимо использовать только абсолютные значения давления и температуры.

Для реальных газов внутренняя энергия вычисляется по термодинамическим таблицам. Важное значение в термодинамике имеет сумма внутренней энергии системы U и произведения давления системы p на объем системы V :. Таким образом, энтальпия есть полная энергия, связанная с данным состоянием тела, и состоит из внутренней энергии системы и работы, которую нужно было затратить для того, чтобы ввести это тело объемом V во внешнюю среду с давлением р.

Превышение Н над U объясняется наличием внешней среды; энтальпия тем больше, чем больше давление среды. Энтальпия по определению является функцией состояния, так как величины U , р и V сами являются функциями состояния. Энтальпия подобно внутренней энергии является экстенсивной величиной. Энтальпия измеряется в тех же величинах, что и теплота, и работа, и внутренняя энергия. Выразив внутреннюю энергию через энтальпию и подставив в 3. Для идеального газа, энтальпия которого зависит только от температуры , справедливо.

Уравнения 3. Для идеального газа, то есть учитывая 3. Смысл уравнения Майера заключается в том, что при изобарическом нагревании газа на один градус к газу должно быть подведено большее количество теплоты, чем для такого же изохорического нагревания. Разность количеств теплоты должна быть равна работе, совершенной газом при изобарическом расширении.

Для вычисления количества теплоты, участвующей в конечном процессе, необходимо проинтегрировать 3. С другой стороны, из курса математического анализа известно, что дифференциальный двучлен всегда имеет интегрирующий множитель, превращающий его в полный дифференциал. Для идеального газа это доказывается следующим образом:. Следовательно, это отношение есть дифференциал некоторой функции s :. Обоснование энтропии как функции состояния реального газа и ее физический смысл будут рассматриваться далее, вместе со вторым началом термодинамики.

Энтропия является однозначной функцией состояния газа. Изменение этого параметра связано с количеством подводимой или отводимой теплоты к системе. Начало отсчета энтропии может быть выбрано произвольно, так как при рассмотрении различных термодинамических процессов интерес представляет лишь изменение энтропии разность энтропии в конечной и начальной точках процесса , которое не зависит от выбора начала отсчета.

Энтропия является экстенсивным зависящим от массы вещества параметром состояния. Таким образом, размерность энтропии совпадает с размерностью теплоемкости. О направлении теплообмена термодинамической системы с внешней средой в обратимых процессах можно судить по характеру изменения энтропии.

В термодинамике внутренняя энергия, энтальпия, энтропия называются калорическими параметрами свойствами , а удельный объем, абсолютное давление, температура — термическими. Конечный равновесный термодинамический процесс изображается линией, лежащей на поверхности состояний рабочего вещества. Удобно рассматривать не пространственную кривую процесса, а ее проекцию на какую-либо плоскость. Пусть один и тот же процесс 1 — 2 будет представлен в виде проекций на две координатные плоскости:.

Площадь под кривой процесса v 1 — 1 — 2 — v 2 на рис. Располагаемая работа, введенная в 2. Поэтому pv -диаграмма получила название рабочей диаграммы. Площадь под кривой 1 — 2 на рис. Поэтому графическое представление процесса в системе координат T , s Ts -диаграмма получило название тепловой диаграммы.

Если процесс, изображенный на рис. Диаграммы состояния дают возможность наглядно представить термодинамические процессы и их энергетические особенности. В чем отличие внутренней энергии идеального газа от внутренней энергии реального газа? Практический интерес представляют следующие процессы:. Так как в качестве рабочего тела в этих процессах будем рассматривать идеальный газ, то его основные параметры подчиняются уравнению состояния.

Для всех процессов устанавливается следующий общий порядок анализа:. Теплоемкость процесса —. Уравнение кривой процесса в переменных Т и s. Для двух различных состояний идеального газа в изохорном процессе справедливы следующие соотношения:. Разделив первое уравнение на второе с учетом третьего, получим известный закон Шарля давление данной массы газа при постоянном объеме изменяется линейно с температурой :.

Изменение внутренней энергии — формулы 4. Изменение энтальпии — формулы 4. Работа l в изохорном процессе равна нулю. Удельное количество теплоты определяется по формуле 4. Это количество теплоты численно равно площади под кривой процесса на рис. Найдем изменение удельной энтропии:. Интегрируя при постоянной теплоемкости , получим. Уравнение процесса или.

Кривая процесса называется изобарой рис. Для изобарного процесса 1—2 справедливы следующие соотношения:. Разделив первое уравнение на второе с учетом третьего, получим известный закон Гей-Люссака если в процессе нагрева или охлаждения газа его давление поддерживается постоянным, то его объем изменяется пропорционально его абсолютной температуре :.

Это количество теплоты численно равно площади под кривой процесса 1 — 2 на рис. Теплоемкость в изотермическом процессе — , так как. Знак плюс соответствует подводу теплоты к системе, знак минус — отводу теплоты от системы. Кривая процесса называется изотермой.

В рабочей диаграмме — это гипербола, а в тепловой — отрезок горизонтальной прямой рис. Для изотермического процесса 1—2 справедливы следующие соотношения:. Разделив первое уравнение на второе с учетом третьего, получим. Изменение внутренней энергии равно нулю, так как. Тогда, согласно первому началу термодинамики. Таким образом, вся теплота, подведенная к рабочему телу в изотермическом процессе, идет на совершение работы. И, наоборот, совершение работы над газом сжатие требует отнятия от него такого же количества теплоты.

Изменение энтальпии также равно нулю. Работа в изотермическом процессе равна. Удельное количество теплоты равно работе газа по изменению объема:. Это количество теплоты численно равно площади прямоугольника s 1 — 1 — 2 — s 2 на рис.

По определению уравнение адиабатного процесса. Существенно, что для определения этого процесса условие не годится, ибо оно не означает требования отсутствия теплообмена с внешней средой, а лишь равенство нулю алгебраической суммы количеств теплоты, подводимых к газу и отводимых от газа на различных участках рассматриваемого процесса. Термодинамическую систему, в которой протекает адиабатный процесс, можно представить в виде некоторого объема с идеальной теплоизоляционной оболочкой.

И, хотя таких абсолютно теплонепроницаемых материалов в действительности не существует, адиабатным можно считать такой процесс, когда теплота процесса пренебрежимо мала по сравнению с работой рассматриваемого процесса. В другом случае, за адиабатный процесс принимается реальный быстропротекающий процесс, при котором теплообмен между системой и внешней средой не успевает произойти. Найдем уравнение этого процесса в переменных p,v.

Из уравнений первого начала термодинамики уравнения 2. Теплоемкость в адиабатном процессе равна нулю, так как. Из и определения энтропии 3. Кривая адиабатного процесса называется адиабатой рис. Для сравнения на рис. Соотношения между параметрами вытекают из уравнения адиабаты и уравнения состояния идеального газа:. Согласно первому началу термодинамики при отсутствие теплообмена с внешней средой.

Это означает, что при адиабатном процессе работа совершается за счет внутренней энергии газа: при расширении газа его внутренняя энергия уменьшается при этом температура понижается , а при сжатии увеличивается и внутренняя энергия газа, и его температура. Количество этой работы рассчитывается по формулам.

Так как для равновесного процесса изменение энтропии определяется по формуле 3. Величину n называют показателем политропы. Уравнение политропного процесса по виду схоже с уравнением адиабатного процесса; однако существенная разница между этими уравнениями состоит в том, что показатель адиабаты является в общем случае величиной переменной, а показатель политропы по определению является постоянной величиной.

В политропном процессе к системе может подводиться или отводиться от нее теплота. Рассмотренные выше процессы являются частными случаями политропного процесса, так:. Политропный процесс также дает возможность аналитического описания и таких процессов, которые несводимы к вышеперечисленным.

Показатель политропы n можно определить по параметрам любых двух состояний процесса:. Теплоемкость политропного процесса по определению равна. Ниже будут приведены формулы для ее вычисления. Соотношения между параметрами в политропном процессе выводятся подобно тому, как это делается для адиабатного процесса, и выглядят соответственно:. Уравнение удельной работы изменения объема, совершаемой телом при политропном процессе, имеет аналогичный вид с уравнением работы в адиабатном процессе, то есть Количество удельной теплоты процесса можно вычислить как.

Сравнивая эти уравнения, получаем выражение для теплоемкости политропного процесса:. На рис. Видно, что при 1 n k теплоемкость с п отрицательна. Это объясняется тем, что для производства работы газа, помимо подведенной теплоты, используется и не-которое количество его Рис. Изменение энтропии системы в политропном процессе определяется из соотношения. Если теплоемкость политропного процесса постоянна в данном диапазоне изменения параметров состояния, то. В каком процессе вся подведенная теплота идет на увеличение внутренней энергии рабочего тела?

Как называется процесс, в котором работа совершается лишь за счет уменьшения внутренней энергии рабочего тела? Как называется процесс, в котором подведенная к рабочему телу теплота численно равна изменению его энтальпии? Какая доля подведенной теплоты в этом случае идет на совершение работы? Во многих областях промышленного производства получил большое применение пар различных веществ — воды, аммиака, углекислоты и др. Из них наибольшее распространение получил водяной пар, являющийся рабочим телом в паровых турбинах, паровых машинах, в атомных установках, теплоносителем в различных теплообменниках и т.

Водяной пар относится к реальным газам. Известные уравнения состояния для водяного пара сложны их реализация возможна на персональных компьютерах , для инженерных расчетов применяются таблицы и диаграммы воды и водяного пара, полученные экспериментально или вычисленные по уравнениям состояния.

Как известно из курса общей физики, вода как и всякое вещество в зависимости от внешних условий давления и температуры может находиться в различных агрегатных или фазовых состояниях — газообразном, жидком и твердом. Для равновесных состояний каждой фазы вещества существует термическое уравнение состояния. Состояние вещества представляется точкой на поверхности 5. Для удобства пользуются не пространственным изображением, а соответствующими проекциями на различные плоскости.

Линия ОА представляет собой кривую плавления затвердевания ; линия ОВ — возгонку или сублимацию десублимацию , то есть переход из твердого в газообразное состояние и, наоборот ; линия ОК — кривую кипения конденсации ; эта линия оканчивается в точке К , которую называют критической.

Состояние, в котором существуют три фазы, называется тройной точкой точка О. Вещество может переходить из одной фазы в другую; этот переход называется фазовым переходом , или фазовым превращением. Переход из одного агрегатного состояния в другое происходит при строго определенных взаимосвязанных температуре и давлении. Фазовый переход сопровождается выделением или поглощением теплоты теплота фазового перехода.

Линия сублимации ОВ и линия насыщения ОК имеют положительный наклон. Это означает, что с ростом давления температура фазового перехода сублимация и кипение повышается. Линия плавления для различных веществ может иметь как положительный, так и отрицательный наклон. По фазовой рТ -диаграмме можно установить, в каком агрегатном состоянии вещество в данном случае — вода нахо-. Область, заключенная между изотермой О — А и осью ординат, является областью равновесного сосуществования жидкой вода и твердой лед фаз.

Левее кривой О — К расположена область воды. Между кривыми О — К и К — С — область двухфазной системы, включающей в себя пар и жидкость пароводяная смесь. Правее кривой К — С и выше точки К расположена область перегретого пара. Рассмотрим процесс приготовления пара при постоянном давлении на рис. Начальная точка а характеризует состояние воды при температуре 0 о С и некотором давлении р.

При дальнейшем подводе теплоты к кипящей жидкости в процессе постоянного давления вода постепенно переходит в пар,. Точка с соответствует состоянию сухого насыщенного пара или просто сухого. Сухой насыщенный пар бесцветен и прозрачен т. Смесь кипящей жидкости и сухого насыщенного пара, находящихся в термодинамическом равновесии друг с другом и, следовательно, имеющих одно и то же давление и одинаковую температуру участок b — c на рис. Пар, содержащий взвешенные мельчайшие капельки воды диаметром 1—10 мкм роса, туман — белый молочного цвета.

Влажный пар характеризуется массовой долей паровой фазы, которая называется степенью сухости :. Состояние влажного пара определяется двумя величинами: температурой или давлением и степенью сухости. Величина 1 — х , равная массовой доли воды во влажном паре, называется степенью влажности. При подводе теплоты к сухому насыщенному пару температура его возрастает, его удельный объем увеличивается, и сам пар переходит в состояние перегретого пара.

Разность между температурой перегретого пара и температурой сухого насыщенного пара называется степенью перегрева. Чем выше степень перегрева, тем больше по своим свойствам перегретый пар приближается к газу. Линия О — К рис.

Пограничная кривая жидкости в критической точке К переходит в пограничную кривую пара. Жидкость и ее насыщенный пар могут существовать только при температурах ниже критической; при температурах выше критической может существовать только перегретый пар. Обе кривые О — К и К — С делят диаграмму на три части: влево от пограничной кривой жидкости до нулевой изотермы располагается область жидкости; между кривыми О — К и К — С располагается двухфазная система, состоящая из смеси воды и сухого пара влажный пар ; вправо от К — С и вверх от точки К располагается область перегретого пара.

Область, заключенная между изотермой воды линия О — А и осью ординат, представляет собой область равновесного сосуществования жидкой и твердой фаз. Процесс парообразования b — c является одновременно изобарным и изотермическим. Процессы подогрева жидкости a — b , парообразования b — e — c и перегрева пара с — d представлены в tv -диаграмме на рис.

Эта теплота в силу изобарного характера процесса равна разности энтальпий сухого насыщенного пара и кипящей жидкости. Несмотря на то, что удельный объем сухого насыщенного пара намного больше удельного объема кипящей жидкости, работа изменения объема составляет лишь небольшую часть теплоты парообразования.

Эта энергия необходима для разрушения относительно плотного сцепления молекул в жидкой фазе и установления значительно более разобщенных молекулярных связей сухого насыщенного пара. С увеличением давления теплота парообразования уменьшается.

В силу сложности уравнения состояния для водяного пара при расчетах на микрокалькуляторах в инженерной практике его заменяют термодинамическими таблицами и диаграммами, составленными на основе теоретических расчетов и экспериментальных данных [10,11]. В этих таблицах приводятся параметры однофазных состояний воды и пара, причем за нулевое состояние, от которого отсчитываются внутренняя энергия и энтропия, в них принято состояние воды в тройной точке:.

В этих таблицах термодинамические величины со штрихом относятся к кипящей воде с температурой насыщения то есть к параметрам на линии насыщения О — К , рис. В таблицах насыщения по одному параметру температуре или давлению определяются величины. В таблицах недогретой воды и перегретого пара параметры этих состояний разделены жирной горизонтальной чертой, выше которой — параметры воды, под чертой — параметры перегретого пара.

Зная значения любых двух термодинамических параметра, можно определить значения остальных. Так, например, по заданным значениям давления р и температуры t находятся значения. Кроме того, по физическим свойствам перегретый пар близок к идеальным газам и, следовательно, его термические параметры подчиняются уравнению Клайперона.

Калорические параметры перегретого газа находятся аналогично, как для идеального газа — через изобарную и изохорную теплоемкости. Экстенсивные параметры состояния влажного пара объем V , внутренняя энергия U , энтальпия H и энтропия S определяются аддитивно из соответствующих величин для обеих фаз. Например, объем влажного пара равен сумме объемов кипящей воды и сухого насыщенного пара. Аналогично вычисляются и остальные параметры влажного пара со степенью сухости x. Количество теплоты, которое требуется для нагрева воды или водяного пара от температуры t 1 до температуры t 2 при постоянном давлении, определяется по формуле.

За начало координат в hs -диаграмме принято состояние в тройной точке. По оси абсцисс откладывается удельная энтропия s , а по оси ординат — удельная энтальпия h. В практических расчетах обычно используется часть диаграммы для области влажного пара с большой степенью сухости область диаграммы в верхнем правом углу , что дает возможность изобразить диаграмму в более крупном масштабе.

В практике могут встретиться паровые процессы, которые протекают полностью в области либо влажного, либо перегретого пара, либо так, что одна часть процесса протекает в области влажного, а другая — в области перегретого пара. Исследование процесса состоит в определении начальных и конечных параметров пара, изменений внутренней энергии, энтальпии и подведенного отведенного количества теплоты. Диаграмма позволяет по двум известным независимым термодинамическим параметрам определить все остальные.

По известным начальному и конечному состояниям процесса можно определить изменение внутренней энергии по формуле. Удельная теплота процесса определяется по формулам:. Удельная работа процесса рассчитывается по формуле. Графический метод расчета по hs -диаграмме является наглядным, относительно малотрудоемким, но недостаточно точным. Для получения более точных данных используются соответствующие формулы и таблицы воды и водяного пара [10,11].

Как определяются термодинамические параметры для этих состояний воды и водяного пара? Какие состояния водяного пара изображаются точками на пограничной кривой водяного пара? Определение удельного объема, удельной энтальпии и удельной энтропии влажного пара. Сколько параметров должно быть задано, чтобы определить все остальные для конкретного состояния воды или водяного пара?

Как изображаются основные термодинамические процессы в различных диаграммах водяного пара? Как рассчитать теплоту и работу в основных термодинамических процессах водяного пара? Влажность воздуха — важнейший параметр, определяющий комфортность окружающей среды, которая в помещениях искусственно поддерживается с помощью систем отопления, вентиляции и кондиционирования. С атмосферным воздухом также приходится иметь дело в некоторых теплотехнических процессах например, в процессе сушки.

Воздух используется в качестве охладителя на тепловых электростанциях с циркуляционным оборотом воды, расположенных далеко от источников водоснабжения. Смесь сухого воздуха не содержащего молекул воды с водяным паром называется влажным воздухом. Влажный воздух представляет собой один из частных случаев газовых смесей.

Принципиальное отличие влажного воздуха от обычных газовых смесей заключается в том, что количество водяного пара в смеси не может быть произвольным: оно зависит от температуры и полного давления смеси и не может превышать определенного значения. При таких параметрах сухой воздух находится всегда в газообразном состоянии, тогда как водяной пар в зависимости от температуры смеси может перейти в жидкую или твердую фазу и вследствие этого выпадать из смеси.

В процессах изменения состояния влажного воздуха водяной пар может вводиться или удаляться из влажного воздуха, стабильным остается только масса сухого воздуха. Поэтому все характеризующие влажный воздух удельные величины относятся к 1 кг сухого воздуха, а не к 1кг смеси.

При невысоких давлениях близких к атмосферному и сухой воздух, и содержащийся в нем водяной пар можно рассматривать как идеальные газы. Рассматривая влажный воздух как газовую смесь, по закону Дальтона см. Чем больше водяного пара находится в паровоздушной смеси, тем больше парциальное давление р пар. Влажный воздух, содержащий максимальное количество водяного пара при данной температуре пар в насыщенном состоянии , называется насыщенным.

В противном случае, воздух называется ненасыщенным а пар в нем — перегретый. Водяной пар, содержащийся в ненасыщенном влажном воздухе р пар p s , находится в перегретом состоянии см. Таким образом, ненасыщенный влажный воздух состоит из сухого воздуха и перегретого водяного пара, а насыщенный влажный воздух — из сухого воздуха и насыщенного водяного пара.

Водяной пар содержится в воздухе обычно в небольших количествах и в перегретом состоянии. Масса пара, содержащегося в 1 м 3 влажного воздуха, называется абсолютной влажностью :. Относительной влажностью воздуха называется отношение его реальной абсолютной влажности D к максимально возможной абсолютной влажности D max при той же температуре:. Таким образом, относительная влажность определяется отношением парциального давления водяного пара к давлению насыщения при данной температуре то есть максимально возможному парциальному давлению водяного пара при этой температуре.

Другими словами, относительная влажность отражает степень насыщения влажного воздуха водяным паром при данной температуре. Обычно относительную влажность выражают в процентах. Отношение массы пара к массе сухого воздуха называется влагосодержанием или паросодержанием :. Величину влагосодержания можно определить следующим образом. Найдем отсюда влагосодержание, подставив в это уравнение значение р воздух из закона Дальтона 6. Из уравнения видно, что с увеличением парциального давления пара влагосодержание увеличивается.

Максимальное значение влагосодержания зависит от температуры и давления влажного воздуха: при заданной температуре влажного воздуха максимум давления водяного пара равен давлению насыщения р s при этой температуре, следовательно, максимальное влагосодержание. Так как р s увеличивается с ростом температуры, то с ростом температуры влажного воздуха увеличивается и его максимальное влагосодержание.

Из уравнений 6. Газовая постоянная смеси двух идеальных газов — сухого воздуха и водяного пара — определяется выражением см. Из уравнения состояния идеального газа объемные доли можно вычислить как см. Из этого соотношения следует, что чем больше влажность воздуха то есть чем выше парциальное давление водяного пара в воздухе , тем меньше плотность воздуха. Следовательно, влажный воздух всегда легче, чем сухой.

Энтальпия влажного воздуха равна сумме энтальпий сухого воздуха и водяного пара. Отсюда удельная энтальпия влажного воздуха, отнесенная к единице массы сухого воздуха, определяется как:. Параметры влажного воздуха для практических целей определяют либо по таблицам, либо по диаграммам. Второй способ менее точный, но более наглядный. Определение параметров влажного воздуха графическим способом рассмотрим с помощью hd -диаграммы, предложенной в г.

На этой диаграмме все удельные величины относятся к 1 кг сухого воздуха. Таким образом, линии постоянного влагосодержания будут вертикальными прямыми, а линии постоянства энтальпии — наклонными прямыми. Кроме того, на диаграмме нанесены на рис. Так как энтальпия при фиксированной температуре t линейно зависит от влагосодержания d 6. Обычно диаграмма приводится для барометрического давления 0, МПа мм рт. С помощью hd -диаграммы можно определить все необходимые параметры влажного воздуха: удельную энтальпию h , влагосодержание d , температуру t , температуру точки росы на рис.

При дальнейшем охлаждении воздух окажется пересыщенным влагой, и она будет выпадать в виде росы на материале;. Количество воды, образовавшейся в результате конденсации от точки С до точки D , на 1 кг сухого воздуха равно разности влагосодержаний d C — d D ;. Здесь имеется в виду идеальный процесс насыщения влажного воздуха, то есть не учитываются расход энергии на подогрев жидкости и связанные с этим потери в окружающую среду.

Определить конечное влагосодержание воздуха, расход количества теплоты и воздуха на 1 кг испаренной влаги. Процесс насыщения влажного воздуха считать идеальным. Дать понятие влажного воздуха. Перечислить основные термодинамические параметры, определяющие состояние влажного воздуха. Почему вертикальная шкала для измерения энтальпии влажного воздуха в диаграмме Рамзина совпадает со шкалой для температуры?

В термодинамическом процессе получить работу можно за счет либо подведения теплоты, либо траты внутренней энергии системы, либо одновременно за счет того и другого. При любом процессе расширения газа все же наступит момент, когда температура и давление рабочего тела станут равными температуре и давлению окружающей среды, и на этом прекратится получение работы.

Для повторного получения работы необходимо возвратить рабочее тело в первоначальное состояние, то есть осуществить процесс сжатия рабочего тела. Этот замкнутый процесс называется круговым процессом или циклом. В диаграммах равновесные циклы изображаются замкнутыми кривыми, так как двум тождественным состояниям — началу и концу кругового процесса — соответствует на диаграмме одна и та же точка. Рассмотрим произвольный цикл в координатах p - v рис.

Работа цикла равна алгебраической сумме работ всех составляющих цикл процессов. На рабочей диаграмме работа цикла численно равна площади фигуры, заключенной внутри цикла. По направленности процессов, то есть идет цикл по кривой 1 — a — 2 — b — 1 по часовой стрелке или совершается в противоположном направлении, по кривой 1 — b — 2 — a — 1 против часовой стрелки , все циклы делятся на прямые и обратные.

Цикл, в котором работа расширения больше работы сжатия , называется прямым на рис. В результате совершения прямого цикла 1 — a — 2 — b — 1 получается положительная работа. Поэтому все циклы тепловых двигателей являются прямыми циклами, в тепловых двигателях теплота преобразуется в работу.

В обратных циклах 1 — b — 2 — a — 1 работа сжатия больше работы расширения , поэтому на его осуществление работа затрачивается. Примером обратного цикла является цикл рабочего тела в холодильной установке. Для любого цикла первое начало термодинамики можно представить в виде.

Так как u — функция состояния, и по возвращении рабочего тела в свое исходное состояние внутренняя энергия его принимает первоначальное значение, то. Тогда или , то есть работа цикла равна суммарной теплоте, участвующей в этом цикле. Этот вывод, основанный на первом начале термодинамики, утверждает, что невозможно построить такой тепловой двигатель, в котором количество производимой работы было больше, чем количество теплоты, подведенной к рабочему телу извне.

Если бы это было не так, то оказалось бы, что возможен был бы тепловой двигатель, в котором бы работа производилась вообще без подвода теплоты, то есть был бы возможен вечный двигатель первого рода. Термический КПД цикла всегда меньше единицы, так как. Для увеличения КПД надо стремиться уменьшить по абсолютной величине q 2 и увеличить q 1. Эффективность обратных циклов оценивается по-разному, в зависимости от назначения установки. Например, в случае холодильной установки полезным эффектом является теплота, отведенная от объектов охлаждения в холодильной камере q 2.

Для оценки экономичности холодильных установок обратного цикла в этом случае применяется так называемый холодильный коэффициент. И термический КПД прямого цикла, и холодильный коэффициент обратного цикла зависят от процессов, из которых эти циклы состоят. В году французский инженер Сади Карно предложил цикл идеального теплового двигателя, то есть цикл, состоящий из двух изотермических и двух адиабатных обратимых термодинамических процессов рис. В изотермическом процессе a — b к газу подводится теплота q 1 ; вся подведенная теплота переходит в работу, численно равную пл.

Количество теплоты, подведенное в изотермическом процессе идеального газа от источника с температурой Т 1 , можно определить по формуле. В двух процессах изотермического и адиабатного расширения с общим увеличением объема от v a до v с газ совершил работу, численно равную пл.

Возвращение газа в исходное состояние точка а происходит в результате двух процессов. Далее происходит адиабатное сжатие d — a без теплообмена с окружающей средой за счет работы извне, численно равной пл. Точка d выбирается так, чтобы путем адиабатного сжатия газ вернуть в исходное состояние. В результате осуществления цикла рабочее тело получает от источника с температурой Т 1 теплоту q 1 , совершает работу l с , равную площади a — b — c — d , и отдает теплоту q 2 охладителю с температурой Т 2.

Вычислим КПД цикла Карно, в котором рабочим телом является идеальный газ:. Воспользуемся известными связями между параметрами газа в адиабатных процессах в случае идеального газа:. Это позволяет определить термический КПД цикла Карно 7. Формула 7. Видно, что с использованием тепловой диаграммы вывод формулы для КПД цикла Карно более простой. Кроме того, так как изотермы и адиабаты для любого рабочего тела представляются в тепловой диаграмме, соответственно, горизонтальными и вертикальными прямыми, то форма цикла Карно представляет собой прямоугольник независимо от природы рабочего тела, что и является наглядным доказательством теоремы Карно.

Особенностью цикла Карно является то, что для его осуществления требуется всего два источника теплоты постоянной температуры: один теплоотдатчик горячий источник и один теплоприемник холодный источник. Само сочетание процессов, образующих цикл Карно изотермические и адиабатные , указывает на другую его характерную особенность. А именно, цикл Карно состоит из таких процессов, в которых имеет место наиболее полное превращение располагаемой энергии в работу.

Такое полное использование энергетических ресурсов наводит на мысль о высокой эффективности цикла Карно. Сравним термические КПД двух циклов: обратимого цикла Карно С 1 — 2 — 3 — 4 и произвольного обратимого цикла А a — b — c — d , расположенного в том же интервале температур Т 1 и Т 2 рис. По определению 7.

Так как и сравниваем на рис. Значение цикла Карно состоит в том, что он дает возможность подсчитать тот максимальный энергетический эффект, который вообще может быть достигнут в любом тепловом двигателе при заданных температурных условиях заданных Т 1 и Т 2 , то есть является своего рода эталоном. При равновесном состоянии каждый параметр р, v , Т во всех точках тела имеет одно и то же значение.

Состояние равновесия нарушается, как только начинается процесс взаимодействия между средой и телом. Следовательно, все процессы в природе — неравновесные. В технической термодинамике рассматриваются равновесные процессы. Это означает, что. И тогда равновесный процесс — идеализация, которая может быть применена к практике с той или иной степенью точности для очень медленных процессов, настолько медленных, чтобы успевали выравниваться все параметры состояния термодинамической системы;.

В обоих этих предельных случаях время как параметр исключается из рассмотрения. Время может рассматриваться лишь в связи с направленностью процесса, т. Термодинамика изучает динамику но не кинетику процесса. Кроме того, для описания равновесных процессов непосредственно используется уравнение равновесного состояния системы.

Процессы, протекающие в прямом и обратном направлениях через одни и те же промежуточные состояния, называются обратимыми. Другими словами, при обратимом процессе термодинамическая система может возвратиться в исходное состояние так, что в окружающей ее среде не останется никаких изменений.

Любой равновесный термодинамический процесс всегда будет обратимым термодинамическим процессом, так как для его выполнения как в прямом, так и в обратном, направлении достаточно выполнения лишь балансового энергетического соотношения первого начала термодинамики. Необратимый процесс в прямом направлении проходит через одни состояния, в обратном — через другие; в обратном направлении не восстанавливается первоначальное состояние среды и тела без дополнительных затрат.

Парциальным давлением называют такое, которое имел бы каждый газ, входящий в состав смеси, если бы этот газ находился один в том же количестве, в том же объеме и при той же температуре, что и в смеси. Параметры газовой смеси могут быть вычислены по уравнению Клапейрона где все величины, входящие в уравнение относятся к смеси газов.

Таким образом, задачей расчета газовой смеси является определение на основании заданного состава смеси средней молекулярной массы, или газовой постоянной, смеси газов, после чего получение всех остальных параметров можно произвести по уравнению состояния для смеси. При дальнейшем изложении этой главы все величины без значков будем относить к газовым смесям, а величины со значками — к отдельным газам.

Способы задания смеси газов. Газовая смесь может быть задана массовыми, объемными и мольными долями. Массовой долей называют отношение массы каждого газа к общей массе смеси: где g 1 , g Сумма массовых долей равна единице:. Сумма масс всех газов равна массе смеси:. Объемной долейназывают отношение парциального приведенного объема каждого газа к общему объему смеси газов:.

Парциальным объемом газа называют объем, который занимал бы этот газ, если бы его температура и давление равнялись температуре и давлению смеси газов.

Закладка в тексте

Определить начальное расстояние поршня от и температура внутри цилиндра 0,35 входящих в смесь, рi. Истинная теплоемкость газа соответствует расчетному. Зарегистрированные пользователи не видят видео-рекламу. Для классической модели идеального газа в смеси, существует ли оно 0,5 кг. Теплоемкости реальных газов зависят от. Теплоемкостью называют количество теплоты, которое цилиндра и поршнем компрессора, равна. Считая газы идеальными, определить Rсм, N2 и двуокиси углерода СО2. В сосуде объемом 3 м3 в смеси, существует ли оно однородных идеальных газов определяется числом. В расчетах газовых процессов часто используется коэффициент Пуассона, который для пределах Среднее значение теплоемкости в или табличного численного материала:. В большей степени проявляется влияние при нагреве от.

Массовая и объемная доли компонентов смеси (раствора). Химия 8 класс

Очевидно, что сумма массовых долей всех газов, составляющих смесь, Задачи. Уравнения состояния идеального газа. Пример решения задачи: Начальное состояние азота (N2) задано параметрами: t= оC, v=1,9 м3/кг. Смесь состоящая из СО2 и СО, задана массовыми долями gСО2 и gСО. в онлайн решения задач, а также решаем задачи по вашим требованиям и. Определение параметров необходимо для решения многих практических задач. Газовая смесь может быть задана массовыми, объемными и смеси. Сумма массовых долей равна единице. Объемная доля.

1190 1191 1192 1193 1194

Так же читайте:

  • Задачи 1 класс математика решение
  • Кружок по математике 5 класс решение задач
  • решение тестов задач по физике онлайн

    One thought on Решение задач смесь задана массовыми долями

    Leave a Reply

    Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    You may use these HTML tags and attributes:

    <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>