Первый закон термодинамики. Газовые смеси презентация

Первый закон термодинамики. Газовые смеси.

Теплота и работа Способы передачи энергии 1-й способ реализуется при непосредственном контакте тел, имеющих различную температуру, путем обмена кинетической энергией между молекулами соприкасающихся тел либо лучистым переносом внутренней энергии излучающих тел путем э/м волн. Количество энергии, переданной 1-м способом от одного тела к другому, называется количеством теплоты – Q [Дж], а способ – передача энергии в форме теплоты.

2-й способ связан с наличием силовых полей или внешнего давления. 2-й способ связан с наличием силовых полей или внешнего давления. При этом количество переданной энергии называется работой – L [Дж], а способ передача энергии в форме работы. Количество энергии, полученное телом в форме работы называется работой совершенной над телом, а отданную энергию – затраченной телом работой.

Внутренняя энергия Внутренняя энергия - совокупность всех видов энергий, заключенной в теле или системе тел. В технической термодинамике рассматриваются только такие процессы, в которых изменяются кинетическая и потенциальная составляющие внутренней энергии. Внутренней энергией для идеальных газов называют кинетическую энергию движения молекул и энергию колебательных движений атомов в молекуле, а для реальных газов дополнительно включают потенциальную энергию молекул.

U = f (P,T), U = f (υ ,T), U= f (P,υ). U = f (P,T), U = f (υ ,T), U= f (P,υ). Κаждому состоянию рабочего тела (системы) соответствует вполне определенное значение параметров состояния

Первый закон термодинамики "Энергия не исчезает и не возникает вновь, она лишь переходит из одного вида в другой в различных физических процессах". Для термодинамических процессов закон устанавливает взаимосвязь между теплотой, работой и изменением внутренней энергии т/д системы: "Теплота, подведенная к системе, расходуются на изменение энергии системы и совершение работы".

Уравнение первого закона термодинамики Уравнение первого закона термодинамики Q = (U2 – U1) + L , (2.1) где Q - количества теплоты подведенная (отведенная) к системе; L - работа, совершенная системой (над системой); (U2 – U1) - изменение внутренней энергии в данном процессе. Если: Q > 0 – теплота подводится к системе; Q < 0 – теплота отводится от системы; L > 0 – работа совершается системой; L < 0 – работа совершается над системой.

Для единицы массы вещества уравнение первого закона термодинамики имеет вид: Для единицы массы вещества уравнение первого закона термодинамики имеет вид: q = Q /m = (u2 – u1) + l (2.2) "Двигатель, постоянно производящий работу и не потребляющий никакой энергии называется вечным двигателем I рода." Из этого можно высказать следующее определение 1-го закона термодинамики: " Вечный двигатель первого рода невозможен".

Теплоемкость газа Истинная теплоемкость рабочего тела определяется отношением количества подведенной (отведенной) к рабочему телу теплоты при условии изменения температуры тела. С = dQ / dT , [Дж /К] ; (2.3) Теплоемкость зависит от внешних условий или характера процесса, при котором происходит подвод или отвод теплоты. Различают следующие удельные теплоемкости: массовую – с = С / m , [Дж/кг] , (2.4) молярную - сμ = С / ν , [Дж/моль] , (2.5) объемную - с/ = С / V = с·ρ , [Дж/м3] , (2.6) где - ν - количества вещества [моль]; ρ = m / V - плотность вещества.

Связь между этими теплоемкостями: Связь между этими теплоемкостями: с = с/ · υ = сμ / μ , где - υ = V/m - удельный объем вещества, [м3/кг]; μ = m /ν – молярная (молекулярная) масса, [кг/моль]. Виды удельных теплоёмкостей: ср, сv – массовые изобарные и изохорные теплоемкости; сpμ , сvμ – молярные изобарные и изохорные теплоемкости; с/p , с/v – объемные изобарные и изохорные теплоемкости.

Зависимость между изобарными и изохорными теплоемкостями Зависимость между изобарными и изохорными теплоемкостями ср - сv = R - уравнение Майера (термическое уравнение состояния или характеристическое уравнение) (2.7) сpμ - сvμ = Rμ (2.8) Средняя теплоемкость в интервале температур от t1 до t2 с|t2t1 = (t2с|t20 - t1с|t10 ) / (t2 - t1) (2.9)

Универсальное уравнение состояния идеального газа Уравнение состояния идеального газа, для 1 кг массы: Р·υ = R·Т , (2.10) где: R - газовая постоянная и представляет работу 1 кг газа в процессе при постоянном давлении и при изменении температуры на 1 градус. Уравнение состояния идеального газа, для произвольного количества газа массой m: Р·V = m·R·Т . (2.11)

Уравнение Клапейрона-Менделеева: Уравнение Клапейрона-Менделеева: Р·υ = Rμ·Т/μ , (2.12) где: μ - молярная (молекулярная) масса газа, (кг/кмоль); Rμ = 8314,20 Дж/кмоль (8,3142 кДж/кмоль) - универсальная газовая постоянная и представляет работу 1 кмоль идеального газа в процессе при постоянном давлении и при изменении температуры на 1 градус. Зная Rμ можно найти газовую постоянную R = Rμ/μ. Для произвольной массы газа уравнение Клапейрона-Менделеева будет иметь вид: Р·V = m·Rμ·Т/μ . (2.13)

Смесь идеальных газов Газовая смесь - смесь отдельных газов, не вступающих между собой ни в какие химические реакции. Парциальное давление – это давление, 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.

Закон Дальтона: Закон Дальтона: Общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений отдельных газов, составляющих смесь. Р = Р1 + Р2 + Р3 + . . . Рn = ∑ Рi , (2.14) где Р1 , Р2 , Р3 . . . Рn – парциальные давления. Состав смеси задается объемными, массовыми и мольными долями, которые определяются соответственно по следующим формулам: r1 = V1 / Vсм ; r2 = V2 / Vсм ; … rn = Vn / Vсм , (2.15) g1 = m1 / mсм ; g2 = m2 / mсм ; … gn = mn / mсм , (2.16) r1′ = ν1 / νсм ; r2′ = ν2 / νсм ; … rn′ = νn / νсм , (2.17) где V1 ; V2 ; … Vn ; Vсм –объемы компонентов и смеси; m1 ; m2 ; … mn ; mсм – массы компонентов и смеси; ν1 ; ν2 ; … νn ; νсм – количество вещества (киломолей) компонентов и смеси.

Для идеального газа по закону Дальтона: Для идеального газа по закону Дальтона: r1 = r1′ ; r2 = r2′ ; … rn = rn′ . (2.18) Так как V1 +V2 + … + Vn = Vсм и m1 + m2 + … + mn = mсм , то r1 + r2 + … + rn = 1 , (2.19) g1 + g2 + … + gn = 1. (2.20) Уравнение взаимосвязи между объемными и массовыми долями: g1 = r1∙μ1/μсм; g2 = r2∙μ2 /μсм ; … gn = rn∙μn /μсм , (2.21) где: μ1 , μ2 , … μn , μсм – молекулярные массы компонентов и смеси.

Молекулярная масса смеси: Молекулярная масса смеси: μсм = μ1 r1 + r2 μ2+ … + rn μn . (2.22) Газовая постоянная смеси: Rсм = g1 R1 + g2 R2 + … + gn Rn = = Rμ (g1/μ1 + g2/μ2+ … + gn/μn ) = = 1 / (r1/R1 + r2/R2+ … + rn/Rn) . (2.23) Удельные массовые теплоемкости смеси: ср см. = g1 ср 1 + g2 ср 2 + … + gn ср n . (2.24) сv см. = g1 ср 1 + g2 сv 2 + … + gn сv n . (2.25) Удельные молярные (молекулярные) теплоемкости смеси: срμ см. = r1 срμ 1 + r2 срμ 2 + … + rn срμ n . (2.26) сvμ см. = r1 сvμ 1 + r2 сvμ 2 + … + rn сvμ n . (2.27)