Величина внутренней энергии определяется состоянием внутренней энергии – поэтому внутреннюю энергию называют функцией состояния.
Изменение внутренней энергии в термодинамическом процессе не зависит от пути процесса, зависит от исходного и конечного состояния системы.
.
Для идеального газа внутренняя энергия зависит только от температуры.
;
Энтальпия представляет собой сумму внутренней энергии и потенциальной энергии, внешнего давления.
;
( удельная энтальпия).
Энтальпия есть функция состояния: .
17. Первый закон термодинамики
Первый закон термодинамики является частным случаем закона сохранения энергии: теплота, подведенная к термодинамической системе, расходуется на увеличение внутренней энергии и совершение работы.
Аналитические выражения первого закона термодинамики:
- дифференциальная форма;
-для конечного процесса, на 1 кг вещества;
,- для произвольного количества вещества;
для бесконечно малого процесса.
работа изменения объема
Выведем уравнение первого закона термодинамики во второй форме, то есть через энтальпию:
для элементарного процесса.
для конечного процесса
18.Энтропия, её физический смысл и свойства
Энтропия есть мера деградации энергии, мера рассеяния энергии. S, Дж/К
Увеличение энтропии термодинамической системы в элементарном обратимом процессе.
,
где теплота, передаваемая термодинамической системе,
температура.
Приращение энергии в конечном обратимом процессе.
Физические свойства:
-энтропия изолированной системы не изменяется, когда в системе протекают обратимые процессы;
-энтропия возрастает, когда в системе протекают необратимые процессы;
-переход термодинамической системы от неравновесного состояния к равновесному, сопровождается ростом энтропии;
-в равновесном состоянии энтропия достигает максимума;
-энтропия сложной системы равна сумме энтропий компонентов.
19. Расчетные зависимости изменения энтропии в различных процессах.TS диаграмма
• изохорный процесс
• изобарный процесс
• изотермический процесс
• адиабатный обратимый процесс
• политропный процесс ;
Изменение энтропии идеального газа:
изменение энтропии газа через другие основные параметры состояния:
;
Если условно принять уровень отсчета на котором энтропия равна нулю, то, пользуясь формулами можно вычислить абсолютную энтропию в любом состоянии термодинамической системы. За уровень отсчета обычно принимают нормальные условия. ;
;
.
диаграмма
20. Круговые термодинамические процессы. Прямой цикл, термический КПД. Обратный цикл, холодильный коэффициент.
При однократном расширении рабочего тела можно выполнить органическую работу. Для повторного расширения рабочее тело нужно вернуть к исходному состоянию (сжать). При многократном расширении и сжатии, то есть совершении кругового термодинамического процесса можно получить любое количество работы.
Необходимые условия работы тепловой машины:
• наличие рабочего тела;
• наличие теплоисточника и теплоприемника;
• цикличность работы.
Изображение цикла в координатах:
расширение рабочего тела с теплоподводом
;
сжатие рабочего тела с теплоотводом
.
в прямом цикле работа положительна.
В результате полного цикла после возвращения системы к исходному состоянию, все параметры, включая внутреннюю энергию, примут первоначальные значения. Поэтому, на основании первого закона термодинамики работа цикла равна теплоте переданной рабочему телу: работа цикла.
Изобразим обратный цикл в координатах:
По обратному циклу работают компрессионные установки, холодильные установки. Основная термодинамическая характеристика – холодильный коэффициент:
.