Смеси идеальных газов

При изучении темы «Смеси идеальных газов» нужно обратить внимание на  способы задания состава смеси, усвоить понятие парциального объема компонентов газовой смеси, а также на понятие кажущейся молекулярной массы газовой смеси, так как знание этой массы позволяет распространить формулы, выведенные для однородного идеального газа, на смесь газов.

Литература 2, с. 42-44; 3.

Вопросы для самопроверки

1. Как формулируется закон Дальтона для смеси идеальных газов.

2. Назовите способы задания состава смеси газов.

3. Что называется приведённым объемом компонента газовой смеси и как он определяется.

4. Что называется кажущейся молекулярной массой смеси газов и как она вычисляется.

5. Как определить газовую постоянную смеси газов.

 

Первый закон термодинамики

Первый закон термодинамики является частным случаем закона сохранения, и превращения энергии устанавливает связь между подведенной теплотой, работой и изменением внутренней энергии.

Поэтому, прежде всего, необходимо разобраться в физической сущности таких понятий как внутренняя энергия, теплота и работа. При этом надо обратить внимание на характер зависимости теплоты, работы и изменения внутренней энергии от процесса. Обратите внимание на то, что внутренняя энергия идеального газа зависит только от абсолютной температуры, поэтому изменение внутренней энергии газа не зависит от вида процесса и в любом термодинамическом процессе определяется по одной и той же формуле.

Первый закон термодинамики имеет большое прикладное значение при решении вопросов анализа тепловых процессов, при составлении их энергетических балансов, т.е. соотношения между теплотой, механической работы и изменения внутренней энергии газа в термодинамическом процессе.

Литература: 2, с. 12-16; 3.

Вопросы для самопроверки

1. Каковы общая формулировка и математическое выражение первого закона термодинамики.

2. Дайте определение и объясните физическую сущность величин, входящих в уравнение первого закона термодинамики.

3. Как определяется изменение внутренней энергии идеального газа в термодинамическом процессе.

4. Как определяются теплота и механическая работа в термодинамическом процессе.

5. Что называется энтальпией газа. Покажите, что в процессе при постоянном давлении количество подведённой теплоты равно разности конечной и начальной энтальпии.

Второй закон термодинамики

Первый закон термодинамики показывает, что подведенное к термодинамической системе тепло идет на изменение внутренней энергии и на работу. Но он не дает ответа на вопрос как получить работу в тепловой машине. Второй закон термодинамики указывает направление самопроизвольного протекания тепловых процессов и определяет условия работы тепловых двигателей.  Теплота самопроизвольно, т.е. естественным путём, переходит от тел более нагретых к телам менее нагретым, а превращение теплоты в работу происходит только при наличии двух источников теплоты: горячего и холодного.

 В основе работы любого теплового двигателя обязательно имеет место какой-либо цикл. При изучении циклов следует особое внимание обратить на цикл Карно. Важным показателем эффективности тепловых двигателей является их термический коэффициент полезного действия (КПД), который будет увеличиваться с увеличением количества подведённой теплоты и с уменьшением количества отведённой теплоты. При рассмотрении прямого цикла Карно необходимо обратить внимание на то, что при заданных температурах горячего и холодного источников теплоты из всех возможных циклов цикл Карно является наивыгоднейшим, т.е. имеет большой термический КПД.

При изучении обратного цикла Карно, лежащего в основе работы холодильных машин и тепловых насосов, следует использовать положение второго закона термодинамики о невозможности передачи тепла от менее нагретого тела к более нагретому без совершения механической работы.

В тесной связи со вторым законом термодинамики находиться понятие энтропии. Следует разобраться в математическом определении энтропии и рассмотреть тепловую диаграмму Т-s, имея в виду, что с помощью этой диаграммы решаются сложные задачи по расчёту тепловых машин и аппаратов. Необходимо усвоить, что изменение энтропии при любом процессе будет пропорциональна теплоёмкости газа.

Литература: 2, с. 20-31; 3.

Вопросы для самопроверки

1. Каковы основные формулировки второго закона термодинамики.

2. Что называется термическим коэффициентом полезного действия цикла тепловой машины.

3. Что называется энтропией рабочего тела. Каково её математическое определение.

4. Какая связь между изменением энтропии рабочего тела и количеством подведённой теплоты в термодинамическом процессе.

5. Изобразите цикл Карно в координатах p-v и T-s, и коротко сформулируйте его термодинамическую сущность.

6. Почему цикл Карно имеет самый высокой термический КПД в заданном интервале температур.