Дәріс 1 (2 сағат) Тақырып. Техникалық жылу динамикасы
Газ қоспасының жылусыйымдылығы
жүктеу/скачать 196.99 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- тік цикл
| Газ қоспасының жылусыйымдылығы
Дененің температурасын 1 0С өзгерту үшін, берілетін немесе одан алынатын жылу мөлшерін жылусыйымдылық деп атайды. Жылусыйымдылықтың зат мөлшеріне қатынасын меншікті жылусыйымдылық деп атайды. Меншікті жылусыйымдылықтың мынадай түрлері бар: массалық , Дж/(кгК); көлемдік , Дж/(м3К); молдік , Дж/(кмольК). Идеал газдың жылусыйымдылығы температурадан тәуелді. Бұл белгілері бойынша нақтылы және орташа жылусыйымдылықтар болып ажыратылады. Температураның шексіз аз өзгеруіне сәйкес келетін жылусыйымдылықты нақты жылусыйымдылық деп атайды.
Температраның t1-ден t2-ге өзгеруіне сәйкес жылусыйымдылықты орташа жылусыйымдылық деп атайды.
Идеал газдардың жылусыйымдылығы температурадан ғана емес сонымен қатар газдардың атомдар санына және процестің түріне де тәуелді. Нақты газдардың жылусыйымдылығы олардың табиғи қасиеттерінен, температурасы мен қысымынан да тәуелді. Газдар үшін жылыту және суыту кезіндегі тұрақты көлемдегі және тұрақты қысымдағы газ күйінің өзгерістері ерекше ескеріледі: Жылусыйымдылық жылудың берілу және әкетілу түрінен тәуелді. Тұрақты қысымдағы жылусыйымдылық- изобаралық ср-деп аталады. - , Дж/(кгК); - , Дж/(м3К); - , Дж/(кмольК). Тұрақты көлемдегі жылусыйымдылық- изохоралық сv деп ажыратылады. - , Дж/(кгК); - , Дж/(м3К); - , Дж/(кмольК). Бұл жылусыйымдылықтардың өзара байланысын Майер теңдеуі көрсетеді:
мұндағы R –газ тұрақтысы, Дж/(кгК) Немесе:
мұндағы - универсалды газ тұрақтысы, = 8314 Дж/(кмольК). Изохоралық процесте берілетін жылу тек газды ішкі энергиясын өзгертуге жұмсалады, ал изобаралық процесте ол жылу жұмыс жасау үшін де жұмсалады. Сондықтан ср>сv . Техникалық термодинамикада жылусыйымдылықтардың қатынасы адиабат көрсеткіші деп аталады (Пуассон коэффициенті).
Газдың температурасымен бірге жылусыймдылығы үлкейеді. 1 кг газдың жылыту кезіндегі бастапқы температурасынан соңғы температурасына дейін жылу мөлшері мына формуламен аңықталады:
Осы интегралды есептеу үшін мына функцияны білу керек . Егер және температурадан тәуелді емес деп есептесек, молдік жылусыйымдылықтар шамалы тең болып, газдың атомдықтан тәуелді болады. Термодинамиканың бірінші бастамасы (заңы), барлық процестер мен құбылыстарға қолданылатын, жалпылама, табиғаттын универсалды заңы болып табылатын, масса мен энергияның сақталу және айналу заңынаң жылулық құбылыстарға қосымшасы болып табылады. Сапа жағынан айырмашылығы бар, энергияның са-алуан түрлері бар (тұтас дененің қозғалысына байланысты, кинетикалық энергия; электр зарядтарының қозғалысына байланысты электрлік энергия; молекулалық және молекула ішіндегі қозғалысқа байланысты ішкі энергия және т.б. Берілген түрдегі энергия деңелердің өзара әсерінің нәтижесінде, энергиясының өзге кез-келген түріне ауыса немесе айнала алады және де оқшауланған жүйеде барлық түрдегі энергиялардың қосындысы тұрақты шама болып табылады. Өзге сөзбен айтқанда, оқшауланған жүйенің энергиясы, жүйедегі кез-келген процестердің барысында өзгермейді; энергия жоғалмайды және жоқтан пайда болмайды (энергияның сақталу және айналу заңдары). Энергия ұғымы материя қозғалысымен біте байланысты: энергия материя қозғалысының физикалық өлшемі. Энергияның жеке түрлерінің айырмашылығы материалдық денелердің қозғалу пішіндерінің сапалық айырмашылықтарының бар болуымен түсіндіріледі. Дене энергиясының бір-біріне айналуы, материя қозғалысының шексіз мүмкіндігін, бір пішіннен екінші пішінге ауыса алатындығын бейленеді. Сондықтан, энергия сақталу заңы материалдық дүниенің қозғалысының жойылмайтындығының дәлелі болып табылады. Жұмыс денесінің ішкі энергиясы – барлық кинетикалық энергияның үдемелі және айналушы қозғалысындағы, оның молекуларының жұмысшы денедегі функциялық жағдайы. СИ жүйесінде ішкі энергияның өзгеруінің өлшем бірлігі - Дж (Джоуль), меншікті ішкі энергияның өлшем бірлігі - Дж/кг. Дененің ішкі энергиясын , Дж, мына формуламен анықтайды:
ұндағы - молекулардың ішкі кинетикалық энергиясы, Дж; - молекулардың ішкі потенциалды энергиясы, Дж; - интегрирдығының тұрақтысы, Дж. Меншікті ішкі энергиясын мына формуламен анықтайды, Дж/кг:
мұндағы - молекулардың меншікті ішкі кинетикалық энергиясы, Дж/кг; - молекулардың меншікті ішкі потенциалды, Дж/кг; - интегрирдығының тұрақтысы, Дж/кг. Термодинамиканың бірінші заңы - энергияның сақталу заңы және түрленуі, яғни энергия жоғалмайды және еш нәрседен пайда болмайды, ол тек қана, бір түрінен екіншісіне түрленіп ауысады. Термодинамикасының 1-заңы механикалық және жылу энергиясының өзара айналуының арақатынасын көрсетеді. 1 кг жұмысшы денесі үшін термодинамикалық бірінші заңының дифференциалды түрінде аналитикалық формуласы:
Жылулық және жұмыс мөлшері процесстің функциялары, ал ішкі энергия жағдайдың функциясы. Сондықтан (6) теңдеу мына түрінде болады:
жұмысшы дененің М кг үшін:
Құнсыз күй кезіндегі, тік және кері бағыттағы қайтымсыз процесстер өтеді. Процесстердің бағыттылығы және олардың өтуінің жалпы түрін, жылудинамикасның екінші заңымен анықтайды Техникалық жылудинамикасында екінші заңды қолданады да, жылулық процесс жағдайы кезіндегі, жылулықтың механикалық жұмысқа айналуын анықтайды. Сонымен, жылудинамикасының бірінші заңынан шығатын жылулық пен жұмыс аралық, санды қатынастары сақталуы тиіс. Жылулық қозғалтқышында, толассыз жұмыс атқарылуы үшін, айналы процесс қажет. (сурет 1) Жылулық жұмысқа айналған циклды тік цикл деп атайды. (сурет 1а). Оның нәтижесінде механикалық жұмыс іске асырылады. Кері цикл дегеніміз – жұмысты пайдалынатын цикл (сурет 1а). Кері циклымен жұмыс істейтін тоңазытқыш және жылусорапты қоңдырғылары. Циклдар әр түрлі процесстерден кұрұлу мүмкін.
а) тік цикл; б) кері цикл Сүрет 1 – Айналмалы процесс Термиялық пайдалы әсері коэффициенті (ПӘК) – цикл жұмысының, жеткізілген жылуға қатынасы :
мұндағы - циклға келтірілген жылулықтың мөлшері, кДж/кг; - циклдан алынған жылулықтың мөлшері, кДж/кг; - циклының жұмысы, кДж/кг. Термиялық П.Ә.К. циклы, әр түрлі уақытта бірден кем, себебі, >0. Кері циклдарын эффектілігін көрсету үшін тоңазытқыш коэффициент деген түсініктеме бар :
Тоңазытқыш коэффициенттің мөлшері бірден асады. Француз ғалымы Сади Карно 19 ғасырдың бірінші жартысында жылудың жұмысқа үлкен табыспен айналуын қарастыратын идеал циклді енгізді. жүктеу/скачать 196.99 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|