Techninës termodinamikos pagrindinës sàvokos ir apibrëþimai.

Techninės termodinamikos pagrindinės sąvokos ir apibrėžimai.

Termodinamika iš graikų kalbos reiškia šilumą ir jėgą. Plačiąja prasme, termod.- tai mokslas apie energiją, jos sąvybes, transofrmaciją įvairiuose procesuose, kuriems vykstant išsiskiria ar sunaudojama šiluma.

T.termodinamika nagrinėja šilumos pavertimo darbu ir darbo pavertimo šiluma procesus. Tokie procesai vyksta šiluminiuose varikliuose ir šaldymo mašinose.

2. Terminiai darbo kūno parametrai. Slėgis.

Pagrindiniai darbo kūnų parametrai yra specifinis tūris v, slėgis p, temperatūra T, vidinė energija u, entalpija h ir energija s.

Slėgis yra jėga, kurią sukuria darbo kūno molekulių smūgiai į jį ribojančios sistemos paviršiaus ploto vienetą per laiko vienetą. SI sistemoje slėgio vienetas yra paskalis Pa. Vartojami kartotiniai jo dydžiai

kPa = 103Pa, MPa=106Pa. Taip pat vartojama atmosfera. Slėgis matuojamas spyruokliniais arba skysčio monometrais (gyvs. ar H2O).

Aplinkoje visada egzistuoja atmosferos arba barometrinis slėgis, matuojamas barometrais. Darbo kūno slėgis gali būti didesnis už barometrinį. Jis vad. monometriniu. Jei slėgis (d.k.) mažesnis už barometr., tai kalbama apie vakuumą, matuojama vakuumetrais.

Darbo kūną veikia absoliutinis slėgis: Pabs=Pbar + Pmon. Kūno slėgis mažesnis už barometrinį: Pabs=Pbar-Pvak. Tik absoliutinis slėgis išlieka pastovus, jei nekinta darbo kūno būsena.

3. Temperatūra, matavimo vienetai, matavimo prietaisai.

Temp.-tai kūno įšilimo laipsnis. SI temp.vienetas yra K – Kelvinas. Dažniausiai naudojama šimtalaipsnė Celsijaus skalė (mat. vienetas C). T(K)=t(C) + 273,15. Termodinaminiu parametru laikoma absoliutinė temperatūra T.

4. Terminė dujų būsenos lygtis.

Bendra dujų būsenos lygties išraiška: f(p, v, T,)=0. Dujų būsenos lygtį galima perrašyti: p=f1(v;T), v=f2(p;T), T=f3(p;T). Šios lygtys rodo, kad iš 3pagr. parametrų nepriklausomi gali būti 2, o trečias bus pirmųjų dviejų f-ja. Paprasčausia idealiųjų dujų būsenos lygtis. Idealios dujos susideda iš materialių taškų nesąveikaujančių vienas su kitais. pv=RT – idealiųjų dujų lygtis (Klapeirono). Realiosios dujos nuo idealiųjų skiriasi tuo, kad negalima nepaisyti real. Dujų savojo turio ir tarp jų veikiančių tarpmolekulinių jėgų. Todėl į idealiųjų dujų būsenos lygtį reikia įrašyti atitinkamas pataisas. (p+a/v2)(v-b)=RT, a/v2 – slėgio pataisa dėl tarpmolekulinuų jėgų; b-pataisa dėl molek.savojo tūrio.

5. Šiluma ir darbas. Dujų darbas ir jo skaičiavimas.

Vienas kūnas kitam energiją gali perduoti dviem būdais:

Šilumos mainai. Jei vienas kūnas liečia kitą, dėl skirtingos temperatūros jie keičiasi molekulių kinetine energija.
darbo forma, kai vienas kūnas veikia kitą. Energijos perdavimas darbo forma susijęs su judėjimu.

Šiluma ir darbas – skirtingos energijos formos. Q=L Q-šiluma; L-Darbas, matuojamas tais pačiais vienetais J.

Energijos kitimas, susijęs su kūno ar jo dalies judėjimu, vad.darbu. darbo procesuose naudojama kūnų savybė plėstis nuo šilumos. Besiplėsdamos dujos ar garas atliks darbą.

Tarkime, turime cilindrą, kuriame stūmokliu uždaryta 1kg dujų. Dujas ...

This is a preview of the whole essay

5. Šiluma ir darbas. Dujų darbas ir jo skaičiavimas.

Vienas kūnas kitam energiją gali perduoti dviem būdais:

Šilumos mainai. Jei vienas kūnas liečia kitą, dėl skirtingos temperatūros jie keičiasi molekulių kinetine energija.
darbo forma, kai vienas kūnas veikia kitą. Energijos perdavimas darbo forma susijęs su judėjimu.

Šiluma ir darbas – skirtingos energijos formos. Q=L Q-šiluma; L-Darbas, matuojamas tais pačiais vienetais J.

Energijos kitimas, susijęs su kūno ar jo dalies judėjimu, vad.darbu. darbo procesuose naudojama kūnų savybė plėstis nuo šilumos. Besiplėsdamos dujos ar garas atliks darbą.

Tarkime, turime cilindrą, kuriame stūmokliu uždaryta 1kg dujų. Dujas šildome. Sakykime, dujos plečiasi pusiausviruoju procesu, o šiluminis variklis – ideali mašina

Jei dujos plečiasi nuo būsenos 1 iki 2, tai plėtimosi darbas:

Jei procese dalyvauja ne 1kg, o Mkg dujų, tai

Savitoji (specifinė) darbo kūno šiluma. Jų rūšys.

Savitoji šiluma - šilumos kiekis, kurį reikia suteikti medžiagos kiekio vienetui, kad jo temperatūra pakistų vienu laipsniu.

Pagal dujų kiekio vienetą, spec.šiluma yra:

masinė (C) – šilumos kiekis, kuris pakelia 1kg darbo kūno temperatūrą vienu laipsniu kJ/(kg*K)
tūrinė (C′) – šilumos kiekis, kuris normaliom sąlygom 1m³ dujų temperatūrą pakelia 1 laipsniu kJ(m³*K)
molinė () – šilumos kiekis, kuris pakelia darbo kūno temperatūrą vienu laipsnių kJ(kmol*K)

Dujų specifinė šiluma priklauso nuo temperatūros ir slėgio. Priklausomybės nuo slėgio galima nepaisyti. Kylant slėgio temperatūrai, specifinė šiluma didėja. - tai vidutinė spec. šiluma. Ji rodo, kokį vidutinį šilumos kiekį gauna dujos pakėlus temp. T1 ir T2 intervale 1 laipsniu.

- tikroji specifinė šiluma. Šilumos kiekio išvestinė pagal temperatūrą.

Tikroji specifinė šiluma atitinka konkrečią temperatūrą, vidutinė – vidutinę kaitinimo intervalo temperatūrą.

Specifinė šiluma priklauso nuo šilumos tiekimo proceso pobūdžio.

- izochorinė specifinė šiluma

- izobarinė specifinė šiluma (p)

Cp=Cv+R, Cp>Cv. R visada teigiamas, Majerio formulė.

Esant vienodam temperatūrų skirtumui, šildant izobariškai šilumos sunaudojama daugiau negu šildant izochoriškai, nes 1 atveju šiluma – vidinei energijai k išoriniam darbui, 2 – tik vidinei energijai. k=Cp/Cv – adiabatės ekspon.

Specifinės šilumos priklausomybė nuo temperatūros: C=a+bt+dt², a, b, d – koef.

7. Kaloriniai dujų būsenos parametrai. Vidinės energijos ir entalpijos pokyčio skaičiavimas.

Koloriniai darbo kūnų parametrai yra:

vidinė energija u J/kg

entalpija n J/kg

entropija s J/kg*K

Šie parametrai paskaičiuojami. Jie apibūdina būsenos kitimą. Vidinė energija: sudaro vidinė kinetinė ir vidinė potencinė energija. Idealiųjų dujų vidinę energiją sudaro tik vidinė kinetinė energija. Idealiųjų dujų vidinė energija yra temperatūros f-ja U=f(T) Vid.energijos pokytis ΔU=U2-U1=f(T2)-f (T1). Realiųjų dujų vidinė energija nusakoma bet kuriaisi dviem arametrais (p, v, ar T), nes potenc.energija priklauso nuo p ir v

Kadangi vidinės energijos dydį nusako darbo kūno parametrai, tai jos pokytis termodinaminiame procese nepriklauso nuo proceso pobūdžio – jį emia tik pradinė ir galinė būsenos:

du=Cv*dt ΦΔ=0

Entalpija yra f-ja: h=u+pv, u-vidinė energija; p-slėgis; v-specifinis tūris. Visi dydžiai kūno būsenos parametrai, entalpija – būsenos f-ja. h=f(pv), dh=du+d(pv)=Cvdt+Rdt=(Cv+R)dt=Cpdt, dh=Cpdt,

8. Pirmasis termodinamikos dėsnis, jo analitinė išraiška.

Dėsnis: šiluma išniekur neatsiranda ir niekur nedingsta, tik vienos rūšies energija virsta kitos rūšies energija. Analitinė išraiška:

dq=du+dl; q1-2=u2-u1+l

dq=du+pdv; q1-2=u2-u1+∫²1 pdv.

Formuluotė: kūnui suteikta šiluma naudojama kūno vidinei energijai didinti it išoriniam darbui atlikti. du=dq-dl vidinė energija didėja kūnui tiekiant šilumą ir mažėja kūnui atliekant išorinį darbą.

I-os rūšies amžinas variklis yra negalimas.

9.Entropija. T-s diagrama.

ds=dq/T; dq/T – nepriklauso nuo proceso pobūdžio, ds-entropija. Entropija yra vienareikšmė kūno būsenos f-ja, kiekvieną kūno būseną atitinka tam tikra apibrėžta jos reikšmė, ji yra dujų būsenos kalorinis parametras.

pokytis priklauso tik nuo būsenos I ir 2 parametrų, o nepriklauso nuo to, kokiu būdu iš 1 pereina į 2 būseną. Entropija gali būti apibrėžta bet kuriais dviem pagrindiniais parametrais ir apskaičiuojama ds=CvdT/T+Rdv/v. Kai šilumos gaunama, entropija didėja, kai atiduodama – mažėja.

T-s diagrama. Abscisių ašys – atidedame entropiją S, ordinačių – absoliut.tempertatūra. Taškai T-S koord.sistemoje vaizduojami darbo kūno būsenos, o kreivės – procesu.

dq=Tds,

T-S koord.sistemoje plotas, apribotas proceso kreive, kraštinėmis ordinatėmis ir abscisių ašimi, vaizduoja gautą šilumą. Diagrama vadinama šilumine.

11. Ciklai. Tiesioginis ir atvirkštinis ciklas, jų vartojimas, n.k.

Termodinaminis procesas, kuriam įvykus darbo kūnas grįžta į savo pradinę būseną, vad.ciklu. Ciklų grafikai – uždaros kreivės. Darbo kūnas per visą mašinos veikimo periodą atlieka vieną ciklą. Darbo kūną į pradinę būseną galima grąžinti dviem būdais:

1. Tiesioginis ciklas. Plėtimosi proceso kreivė aukščiau už suslėgimo proceso kreivę. Kryptis – su laikrodžio kr. 1-a-2-darbo kūnui tiekiama šiluma q1. kūnas plėsdamasis dėl gautos šilumos atlieka mechaninį darbą l1=A1a234 Norint d.k.grąžinti į pradinę būseną, reikia atlikti darbą 2-b-1 proceso emtu: l2=A2b143. Slegiamas d.k. atiduoda aušintuvui q2. Ciklo metu d.k. kitų rūšių energiją pavertė tiek šilumos: q=q1-q2. naudingas ciklo darbas l=l1-l2. darbu paverstos šilumos q1-q2 ir visos d.k. suteiktos šilumos q1 santykis vad.terminiunaudingumo koef. tiesioginiais ciklais dirba šiluminiai varikliai, t.y. šilumą verčia darbu. q=q1-q2, l=l1-l2, l=q1-q2.

2. Atvirkštinis ciklas. q2 – šilumos kiekis, kurį darbo kūnas gauna iš žemos temp.šilumos šaltinio, q1 – šilumos kiekis kurį jis atiduoda aukštesnės temp. šilumos šaltiniui. Šių ciklų diagramose suslėgimo proceso kreivės yra aukščiau už plėtimosi proc.kreivės. l1=A1432b – darbas, naudojamas darbo kūnui suslėgti. . l2=A1a234 – darbas kurį atlieka plėsdamasis darbo kūnas. . l=l1-l2=A1a2b – darbas, sunaudotas ciklui atlikti. Ciklui atlikti reikia naudoti darbą. Šitaip dirba siurbliai, kompresoriai, šaldytuvai. Darbo kūnas naudodamas mechaninį darbą , iš žemos temp. Šaldomosios patalpos paima šilumą q2 ir aukštesnės temp. Aplinkai atiduoda šilumą q1.

Šaldymo koef.: εq