Термодинамические процессы идеальных газов

СЛАЙД 46. К основным процессам относятся:

- изохорный, протекающий при постоянном объёме;

- изобарный, протекающий при постоянном давлении;

- изотермический, протекающий при постоянной температуре;

- адиабатный, протекающий при отсутствии теплообмена с окружающей средой.

Кроме того, существует группа процессов, обобщающая при определённых условиях основные процессы. Эти процессы являются политропными и характеризуются постоянством удельной теплоёмкости.

Удельные теплоёмкости идеальных газов и в общем случае представляют собой сложные функции температуры. у одноатомных инертных газов удельные теплоёмкости не зависят от температуры и имеют постоянное значение (35):

и где . (35)

Удельная теплоёмкость N₂ как правило в исследованиях принимается постоянной =1041, а для остальных интересующих нас компонентов (двухатомных газов: O₂ N₂, H₂, CO₂) имеющих ярко выраженную зависимость от температуры в интересующем нас диапазоне температур остаются практически постоянными и^. могут быть определены по зависимостям типа (36):

и где . (36)

В соответствии с законом Фурье тепловой поток Q прямо пропорционален температурному градиенту и площади F, перпендикулярной направлению переноса тепла (37):

(37)

Коэффициент пропорциональности λ в уравнении (37) называется коэффициентом теплопроводности. Коэффициент теплопроводности равен количеству тепла, проходящему через единицу поверхности, перпендикулярной направлению теплового потока, при падении температуры на 1 градус на единицу длины.

Коэффициент теплопроводности газов при различных температурах с достаточной для практических расчетов точностью может быть определена по формуле Сатерленда (38)

(38)

- коэффициент теплопроводности газа при температуре Т°, К,

- коэффициент газа при температуре 273,15°, К,

– постоянная Сатерленда характерная для данного газа.

В соответствии с законом внутреннего трения между двумя соседними слоями в направлении, противоположном движению, действует сила (отнесенная к единице поверхности соприкосновения слоев), пропорциональная изменению скорости в направлении, перпендикулярно к движению (39):

(39)

где - изменение скорости в двух соседних слоях, находящихся на расстоянии .

Коэффициент пропорциональности η называется коэффициентом внутреннего трения или коэффициентом динамической вязкости, в дальнейшем будем называть его просто коэффициентом вязкости.

Из уравнения (39) следует, что величина η равна той силе, которую испытывает единица поверхности одного из слоев со стороны другого слоя, если изменение (градиент) скорости между ними равно единице.

Аналогично коэффициенту теплопроводности динамическая вязкость газов и паров при различных температурах с достаточной для практических расчетов точностью может быть так же определена по формуле Сатерленда (40)

(40)

где - динамическая вязкость газа при температуре Т, °К, - динамическая вязкость газа при температуре 273,15, °К, – постоянная Сатерленда характерная для данного газа.