Тема 1.1 « Основные законы идеаль­ных газов »

Дата: 2025-05-25; Просмотры: 4

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

20.02.02. ОП.03. Раздел 1. « Термодинамика »

Тема 1.1 « Основные законы идеаль­ных газов »

Занятие №1. «Основные понятия и определения. Основные параметры газов»

Термодинамика представляет собой науку о взаимных пре­вращениях различных видов энергии. Она не рассматривает во­просов, связанных с микрофизическим механизмом изучаемых явлений. Основу термодинамики составляют фундаментальные законы природы. Они называются законами или началами термо­динамики. Благодаря высокой достоверности и независимости этих законов от свойств конкретных тел термодинамика успешно решает разнообразные задачи технического характера. На основе термодинамики разрабатывают новые и совершенствуют существующие тепловые машины и установки и создают высокоэффективные технологии, обеспечивающие экономнее расходование энергетических и материальных ресурсов. Совокупность инженерных приложений термодинамики образует се раздел, называемый технической термодинамикой.

Идеальные и реальные газы

Под идеальными понимают такие газы, в которых отсутствуют силы взаимодействия между молекулами, а сами молекулы принимаются за материальные точки, равномерно распределенные и не имеющие объема.

В природе идеальных газов нет. Однако часто встречаются та­кие реальные газы, н которых силы взаимодействия между моле­кулами и объемы самих молекул чрезвычайно малы. Такие газы принимают за идеальные.

Наиболее распространенными газами, применяемыми в тех­нике, и которые в теплотехнических расчетах вполне допустимо считать идеальными, являются: кислород, водород, азот, окись углерода, углекислый газ, метан и практически все реальные газы, за исключением водяного пара, можно считать идеальными. Но если водяной пар перегрет и является частью газовых смесей, то его парциальное давление маю, а температура велика. В этом случае он далек от состояния жидкости. Такой пар можно считать идеальным.

В реальных газах в отличие от идеальных существенны силы меж молекулярных взаимодействий, и пренебрегать объемом моле­кул нельзя. В таких газах молекулы могут сближаться между собой только до некоторого минимального расстояния, гак как между молекулами возникают силы отталкивания. Поэтому можно счи­тать, что свободный для движения удельный объем будет равен v — b , где b — тот наименьший удельный объем, до которого можно сжать газ, а v — удельный объем сосуда. В соответствии с этим дли­на свободного пробега молекул уменьшается, и давление увеличивается по сравнению с идеальным газом в отношении

Основными параметрами газов считают: удельный объем о, абсолютное давление р и абсолютную температуру Т.

Переход рабочего тела из одного состояния в другое под влия­нием внешних воздействий называют термодинамическим процес­сом.

Удельный объем v , м³/кг, представляет собой объем единицы массы вещества:

где V — объем, занимаемый веществом, м³; М — масса вещества, кг.

Плотностью ρ, кг/м³, называется величина, обратная удельно­му объему v:

Тогда

Температура характеризует степень нагретости тела. Это мера средней кинетической энергии тела. Чем больше средняя ско­рость движения молекул, тем больше температура газа.

Температуру измеряют в двух шкалах: в градусах шкалы Цель­сия (°С) и в градусах шкалы Кельвина (К).

В качестве точки отсчета на шкале Цельсия берется так назы­ваемая тройная точка состояния воды, для которой характерно существование трех фаз вещества (вода, пар и лёд), находящихся в термодинамическом равновесии. Тройной точке воды соответ­ствует температура 273 К или О °С.

На шкале Кельвина точкой отсчета является температура аб­солютного нуля (О К), при которой прекращается тепловое дви­жение молекул.

Между температурами, выраженными в градусах Кельвина и Цельсия, существует зависимость

Давление р с точки зрения молекулярно-кинетической теории есть средний результат уларов молекул газа, находящихся в не­прерывном хаотическом движении, о стенки сосуда, н котором находится газ. Значение давления определяется по следующей формуле:

где Р — нормальная составляющая силы, Н; F — площадь по­верхности, перпендикулярная к действующей силе, м².

В системе СИ за единицу давления принят Паскаль (Па), 1 Па — 1 Н/м². Существуют и внесистемные единицы давления: 1 бар = 1 атм = 10⁵ Па = 760 мм рт. ст. = 10 200 мм вод. ст.

Давление бывает: абсолютное, манометрическое, атмосфер­ное, или барометрическое, и вакуумметричсское. Эти давления связаны следующими выражениями:

где р_абс — абсолютное давление; р_ман — манометрическое давле­ние; р_бар = р_атм — барометрическое или атмосферное давление; р_вак ^— вакуумметрическое давление.

Вопросы и задания:

1. Что представляет собой «Термодинамика»?

2. Что разрабатывают на основе термодинамики?

3. Что такое «идеальный газ»?

4. Какие газы допустимо считать идеальными?

5. Чем реальные газы отличаются от идеальных*?

6. Что такое термодинамический процесс?

7. Что такое удельный объем? (Дать развернутый ответ с формулой**).

8. Что такое плотность? (Дать развернутый ответ с формулой*).

9. Что такое степень нагретости?

10. В каких шкалах измеряется температура?

11. Какова зависимость между температурами, выраженными в градусах Кельвина и Цельсия?

12. Что такое давление р с точки зрения молекулярно-кинетической теории? (Дать развернутый ответ с формулой**).

13. Какое бывает давление?

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ

выполнения и защиты заданий

по общепрофессиональным предметам и МДК

ВНИМАНИЕ!

1. Отвечать на вопросы (выполнять задания) можно не по порядку, но обязательно указывать правильный номер вопроса!

2. Допускается не писать ответы на 20% (от общего количества вопросов) вопросов, но только тех, которые не отмечены звездочками, НО с обязательным устным ответом на данные вопросы при защите работы!