Термодинамические процессы

1 2 3 4

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ,

ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ

СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ

Кафедра физики и теплообмена

Дисциплина:

ТЕПЛОТЕХНИКА

Л Е К Ц И Я

ТЕМА 3: ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА

Автор:

д.ф.-м.н., профессор П.В. Скрипов

Екатеринбург 2006

Цели лекции:

Учебные: Сформулировать и дать представление об основных методах расчета термодинамических процессов; познакомить с уравнением и частными случаями политропных процессов.

Воспитательные: Воспитывать стремление к углубленному изучению предмета; прививать убежденность в практической значимости получаемых в лекционном курсе знаний.

Развивающие: Развивать способность творчески воспринимать и конспектировать предоставляемый материал; развивать навыки самостоятельной аналитической работы, умение выделять главное, проводить сопоставление и обобщение.

Метод проведения: лекция

Время занятия: 160 минут

Место проведения: аудитория

Материальное обеспечение: раздаточный материал с представлением основных соотношений и графиков

ЛИТЕРАТУРА:

1. Теплотехника: Учебник для вузов / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт и др.; под ред. А.П. Баскакова. 2-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1991. 224 с.

2. Техническая термодинамика: Учебное пособие / В.Н.Королёв, Е.М.Толмачёв. Екатеринбург: УГТУ, 2001. 180 с.

ПЛАН ЛЕКЦИИ:

1. Введение. Термодинамические процессы.

2. Расчет политропных процессов идеального газа.

3. Уравнение политропного процесса.

4. Соотношения между параметрами политропного процесса.

5. Частные случаи политропных процессов.

6. Обобщающее значение политропного процесса.

Термодинамические процессы

Под процессом в термодинамике понимается любое изменение состояния термодинамической системы, т.е. изменение во времени одного или нескольких (или всех) параметров состояния. Опыт показывает, что в большинстве случаев изменение состояния системы связано с воздействиями на систему со стороны окружающей среды, что возможно только в случае, если оболочка системы допускает такое взаимодействие. Известно также, что даже в полностью изолированных от окружающей среды термодинамических системах возможно протекание процессов, однако эти процессы обладают универсальной специфической особенностью – все они протекают во времени в одну сторону – в сторону выравнивания параметров во всех точках системы, если они не были однородны в начальный момент времени. Такие процессы носят название релаксационных. Релаксация, т.е. выравнивание параметров, возможна только в неоднородных по значениям параметров макроскопических системах, называемых также неравновесными, а процессы изменения состояния в таких системах называются необратимыми. Практически все процессы в макроскопических системах являются необратимыми, так как для того, чтобы в системе происходили изменения параметров, необходимо существование конечной разницы интенсивных параметров системы и окружающей среды. Например, при сжатии газа в цилиндре давление на поршень должно превышать давление газа для преодоления сил трения поршня о стенку цилиндра. И наоборот, при расширении давление газа должно превышать внешнее давление на поршень по той же причине. Однако применение смазки и уменьшение скорости движения поршня при сжатии или расширении позволяет существенно снизить эту разницу давлений. Классическая термодинамика, изучением которой мы занимаемся, позволяет рассчитывать только обратимые процессы, являющиеся предельным случаем реальных необратимых процессов, в течение которых можно пренебречь неравновесностью состояний системы в любой момент времени протекания процесса. С этой точки зрения под обратимым процессом в термодинамике понимается последовательность равновесных состояний термодинамической системы. На практике обратимыми процессами можно считать процессы, в течение которых скорость выравнивания параметров внутри системы значительно больше скорости их изменения, обусловленной внешними воздействиями. Например, процессы сжатия и расширения в поршневых двигателях внутреннего сгорания с хорошей точностью можно считать обратимыми вследствие того, что скорости движения рабочего тела в них составляют около десяти метров в секунду, тогда как скорость выравнивания давлений равна скорости звука в газе, т.е. порядка нескольких сотен метров в секунду.