Тема 1.5 Первое начало термодинамики

ТЕРМОДИНАМИКА

 

Методические указания и контрольные задания для студентов - заочников образовательных учреждений среднего профессионального образования по специальностям:

    "Сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ."

    "Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений"

    "Бурение нефтяных и газовых скважин"

 

Ижевск 2011 год.

Методические указания

составлены в соответствии

с рабочей программой

по дисциплине «Инженерная графика» по специальности

 

Зам. директора по УР                                                        _______________Е. А. Волохин

 

Составители:                                   

 

Редактор:                              

 

  

 

Рецензент:                                                 

 

Введение

Учебным планом предусмотрено выполнение домашней контрольной работы но предмету "Термодинамика". К выполнению домашней контрольной работы необходимо приступить только после полного изучения теоретического материала, согласно содержанию программы. Учебный материал рекомендуется конспектировать.

При изучении теоретического материала, решении задач следует пользоваться международной системой единиц и применять обозначения единиц измерения согласно ГОСТу.

 

Содержание учебной дисциплины и методические указания

Введение

 

Содержание дисциплины и ее роль в подготовке техника.

Понятие "теплота" и "работа".

Энергетический и технологический способы использования тепла, их применение.

Основные этапы развития теплотехники, проблемы современной теплотехники в бурении и эксплуатации нефтяных и газовых промыслов. Главные направления развития топливного баланса страны, проблемы экономии тепла, топлива и использования возобновляемых источников тепла и вторичных энергоресурсов, защиты окружающей среды.

Раздел 1 ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ

Тема 1.1 Исходные понятия и определения термодинамики

 

Задачи и методы технической термодинамики. Окружающая среда, термодинамическая система, их термические и механические взаимодействия. Рабочее тело. Термодинамический процесс. Обратимые и необратимые процессы. Основные термодинамические характеристики рабочего тела: температура, давление, плотность (удельный объем).

Литература: 1, стр. 3..17, 2, стр. 3..16, 3, стр. 3..8, 4, стр. 16..22.

 

Тема 1.2 Законы идеальных газов

 

Идеальный газ. Применение понятия для реальных газов. Законы Шарля. Авогадро, Гей — Люссака, Бойля — Мариотта. Уравнения состояния идеальных и реальных газов.

Литература: 1, стр. 17..23, 2, стр. 14..28, 3, стр. 8..12, 4, стр. 22..31.

 

Методические указания к темам 1.1 и 1.2

 

При изучении тем 1.1 и 1.2 надо обратить особое внимание на то, что в практике применяются различные тепловые установки, устройства, машины, в которых рабочими телами являются газы и пары. Поэтому важно изучить параметры, определяющие их состояние и законы, которым они подчиняются.

 

Вопросы для самоконтроля

1.Что изучает техническая термодинамика?

2.Почему в качестве рабочих тел в технической термодинамике
используются газы и пары?

3.Что такое идеальный газ и его отличия от реального?

4.Сформулируйте основные газовые законы.

5.В чем состоит физический смысл удельной газовой постоянной и универсальной постоянной Моля?                                                                                      
  6. Что такое моль газа?

Тема 1.3 Смеси жидкостей, паров и газов

Понятие о смесях. Способы получения газовых смесей. Парциальное давление и объем компонентов смеси. Основные характеристики смеси. Закон Дальтона.

Литература: 1, стр. 23..29, 2, стр. 28..36, 3, стр. 21..24, 4, стр. 31..40.

 

Методические указания

Практически приходится иметь дело не с отдельными газами, а с газовыми смесями. Поэтому важно знать, какими особенностями отличается газовая смесь и каким законам она подчиняется. Надо обратить внимание на то, что газовая смесь может быть задана разными способами: отличают массовый и объемный состав смеси. Надо уметь производить пересчет из массового в объемный и наоборот, уметь определять газовую постоянную смеси.

 

Вопросы для самоконтроля

1.Что такое газовая смесь?

2.Примеры газовых смесей.

3.Какими свойствами обладает газовая смесь?

4.Сформулируйте закон Дальтона.

5.Что такое парциальное давление и как оно определяется?

 

Тема 1.4 Теплоемкость вещества

Понятие о теплоемкости. Истинная и средняя теплоемкость. Виды удельной теплоемкости. Теплоемкость газовой смеси.

Литература: 1, стр. 29..34, 2, стр. 36..57, 3, стр. 18..21, 4, стр. 40..53.

Методические указания

 

Теплоемкость как рабочий параметр играет существенную роль в прикладных вопросах техники. Это количество тепла, которое необходимо подвести (при нагреве) или отвести (при охлаждении) от единицы количества рабочего тела в расчете на 1 °С изменения температуры. Необходимо хорошо уяснить, что теплоемкость величина не постоянная, а зависит от многих факторов (от способа нагрева или охлаждения; от температуры и др.). Следовательно, надо различать понятия истинная и средняя теплоемкость в заданном интервале температур; теплоемкость при постоянном давлении и при постоянном объеме. Обратите внимание, что теплоемкость при постоянном давлении больше, чем при постоянном объеме. Почему?

 

Вопросы для самоконтроля

1.Что называется теплоемкостью?

2.Виды теплоемкости газа и их взаимосвязь.

3.Как определяется средняя теплоемкость газа?

4.Как определяется теплоемкость газовой смеси?

 

Тема 1.5 Первое начало термодинамики

Внутренняя энергия. Энтальпия как функция температуры, принципы эквивалентности и сохранения энергии. Первое начало (закон) термодинамики для замкнутой системы и потока газа, его связь с законом сохранения и превращения энергии. Уравнение Майера, его анализ.

Литература: 1, стр. 34..44, 2, стр. 51..67, 3, стр. 12..18, 4, стр. 53..65.

 

Методические указания

 

При изучении этой темы надо твердо усвоить, что первое начало термодинамики фактически является частным случаем закона сохранения и превращения энергии. Он утверждает принцип эквивалентности в процессах преобразования теплоты и механической энергии, то есть в одной системе единица теплоты Q равна работе L (Q Дж = L Дж).

В общем виде для любого термодинамического процесса первое Начало термодинамики можно выразить математическим уравнением.

q=ΔU+ι

(Для 1 кг рабочего тела). Отсюда теплота, подводимая к рабочему телу, расходуется на изменение внутренней энергии газа — ΔU и на совершение работы — i.

 

Вопросы для самоконтроля

1.В чем сущность первого начала термодинамики?

2.Напишите математическое выражение первого начала термодинамики.

3.Что такое внутренняя энергия, от чего она зависит и как определяется?

4.В чем заключается физический смысл энтальпии?

5.Напишите уравнение Майера, его анализ.