Студопедия.Орг Главная | Случайная страница | Контакты | Мы поможем в написании вашей работы!  
 

Первый закон термодинамики. Первый закон термодинамики представляет собой частный случай всеобщего закона сохранения и превращения энергии применительно к тепловым процессам.



Первый закон термодинамики представляет собой частный случай всеобщего закона сохранения и превращения энергии применительно к тепловым процессам.

Формулировка первого закона термодинамики: теплота, сообщаемая рабочему телу (системе), расходуется на приращение его (ее) внутренней энергии и на совершение работы.

Пусть рабочему телу (газу) массой G (кг), занимающему объем V13), имеющему температуру Т1 (К) и давление r1 (Па), сообщается извне теплота в количестве Q (Дж). В результате газ нагреется на DТ = Т2 – Т1. Объем, занимаемый им, возрастет до V2 > V1. Повышение температуры газа свидетельствует об увеличении его внутренней энергии на величину:

DU = U2 – U1 = GCJ2 – Т1). (39)

Поскольку газ окружен средой, то при своем расширении он преодолевает давление среды, совершая работу L (Дж). Таким образом, выражение закона сохранения энергии (с учетом системы СИ) принимает вид:

для G кг газа Q = DU + L, (40)

для 1 кг газа q = Du + ℓ. (41)

Каждая из величин, входящих в уравнения (40) и (41), может быть положительной, отрицательной или равной нулю. Эти уравнения выражают первый закон термодинамики для равновесных процессов при условии, когда рабочее тело (газ) не перемещается в пространстве (например, газ в цилиндре двигателя).

В технике часто используют процессы преобразования энергии в потоке, в результате которых изменяются параметры рабочего тела от r1, J1, до r2, J2. Такие процессы имеют место в паровых и газовых турбинах, в реактивных двигателях, а также при получении сжатых газов в компрессорах.

Если в потоке газа мысленно выделить замкнутый объем и наблюдать за изменением его параметров в процессе перемещения, то применительно к первому I и второму II сечениям канала, по которому движется газ, имеем следующее.

Внутренняя энергия 1 кг газа u есть функция его состояния, поэтому начальное значение u1 определится параметрами в сечении I, а u2 – параметрами в сечении II.

Du = u2 – u1.

Работа расширения ℓ (Дж/кг) совершается на поверхностях, ограничивающих выделенный объем. Часть этих поверхностей (стенки) неподвижна, и работа расширения на них равна нулю.

Другая часть поверхностей специально делается подвижной (рабочие лопатки в турбине, поршень в цилиндре поршневой машины), и рабочее тело совершает на них техническую работу ℓтех.

В сечении I газ входит в агрегат. Для этого должно быть преодолено давление r1, а каждый килограмм газа может занять объем J1 только при затрате работы входа: ℓвх: ℓвх = – r1J1.

Для того чтобы выйти из сечения II в трубопровод, газ должен вытолкнуть из него такое же количество рабочего тела, находящегося ранее при r2 и занимавшего объем J2, то есть выделенный объем должен совершить работу выхода ℓвых = r2J2. Сумма работ входа и выхода называется работой проталкивания:

ℓ¢ = r2J2 – r1J1. (42)

Если скорость газа с2 в сечении II больше скорости с1 в сечении I, то часть работы расширения будет затрачена на увеличение кинетической энергии рабочего тела в потоке:

Dc2/2 = c22/2 – c21/2. (43)

Если процесс неравновесный, то некоторая часть работы расширения будет затрачена на преодоление сил трения – ℓтр.

Теплота, сообщенная каждому килограмму рабочего тела во время его прохождения между сечениями I – II, складывается из подводимой теплоты qвнеш и теплоты qтр, в которую перешла работа трения

q = qвнеш + qтр. (44)

Таким образом, математическое выражение первого закона термодинамики для потока 1 кг газа может быть записано

q = qвнеш + qтр = u2 – u1 + ℓтех + r2J2 – r1J1 +

+ Dc2/2 + ℓтр.





Дата публикования: 2014-11-04; Прочитано: 460 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!



studopedia.org - Студопедия.Орг - 2014-2024 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.007 с)...