Жылу техникасы
жүктеу/скачать 1 Mb.
|
ТЕРМОДИНАМИКАНЫў БІРІНШІ БАСТАМАСЫ (ЗАўЫ) Температуралары тЇрліше денелер бір-бірлерімен жанас›ан кезде белгілі бір уа›ыттан кейін олардыЈ температуралары теЈеседі, осы кезде денелер жылуль› тепе-теЈдікте болады. Сонымен, денелердіЈ жылуль› тепе-теЈдіктегі кЇйге йтуі кезінде олардыЈ арасында жылу (энергия) алмасу процесі йтеді. Жылу дегеніміз энергияныЈ бір денеден екінші денеге олардыЈ температураларыныЈ арасында“ы айырымыныЈ ар›асында берілуі. Ж±мыс - энергияны бір денеден екінші денеге берудіЈ механикалы› тЩсілі. Система“а ж±мыс ат›арыл“ан кезде (мысалы газ сы“ылады) немесе система“а жылу келіп немесе одан жылу шы“арылатын болса, онда системаныЈ кЇйі езгереді. Кйлем йзгерген кезде - мысал“а, газдыЈ ±л“аюы немесе сы“ылуы кезінде ат›арылатын ж±мысты есептейміз 
ГаздыЈ ›айсы-бір мйлшері жылжымалы поршенмен жабыл“ан цилиндр тЇріндегі ыдыстыЈ ішінде болсын делік (2.1-сурет). Система ретінде газ алы“ан. Енді газдыЈ квазистатикалы› (статикалы›) Їл“аюы кезінде ат›арылатын ж±мысты есептеп шы“арайы›. Квазистатикалы› деп идеал жа“дайда шексіз аз жылдамды›пен йтетін процесті тЇсінеміз. Осы кезде системаныЈ р ›ысымы мен Т температурасын кезкелген мезетте аны›тау“а болады. ПоршенніЈ астында“ы газ ±л“айып, поршенге ’ = pS кЇш тЇсіреді, м±нда“ы р - газдыЈ ›ысымы, ал S поршенніЈ ауданы. ГаздыЈ поршенді шексіз аз dl ›ашы›ты››а жылжыт›ан кезде ат›аратын ж±мысы мынандай йрнекпен беріледі dA = F-dl = pSdl = pdV, (2.1) dV=Sdl - кйлемніЈ шексіз аз ±л“аюы КйлемніЈ V1 мЩннен V2 мЩнге дейінгі аралы›та шекті йзгерісі кезінде газдыЈ ат›ар“ан ж±мысы:  (2 2)
(2.1) жЩне (2.2) йрнектер кйлемніЈ кезкелген йзгерістері кезінде с±йы›тыЈ немесе ›атты дененіЈ ат›аратын ж±мысын сипаттайды. (2.2) йрнекті интегралдау Їшін процесс кезінде ›ысымныЈ ›алай йзгеретіндігін білу керек, ал б±л процестіЈ тЇріне тЩуелді болады. Бізге идеал газдыЈ белгілі мелшері беріліп, оныЈ кйлемін V1 -ден V2 -ге дейін Т1=Т2 т±ра›ты температура кезінде Їл“аю“а мЇмкіндік беруіміз ›ажет. М±ндай процесс изотермиялы› деп аталады.
Б±л процесті 2.2-суреттегі pV диаграммада“ы 1 жЩне 2 нЇктелер арасында“ы ›исы› тЇрінде йрнектеуге болады. Осы процесс кезінде ат›арылатын ж±мыс, (2.2) ернекке сай, pV диаграммада“ы процесс ›исы“ы мен V йсініЈ арасында“ы аудан“а теЈ болады. (2.2) йрнектіЈ оЈ жа“ында“ы интегралды идеал газ Їшін оныЈ кЇйініЈ p = vRT/V йрнегін пайдалана отырып есептеп шы“ару“а болады. Сонда ат›арыл“ан ж±мыс мына тЇрде жазылады:  (23)
Идеал газдыЈ кЇй теЈдеуін пайдаланып, мынандай йрнекке де келуге болады: (2.4)
Система бір кЇйден екінші кЇйге йткен кезде ат›арылатын ж±мыс, алынатын немесе берілетін жылу тек бастап›ы жЩне а›ыр“ы кЇйлерге “ана емес, сонымен ›атар процестіЈ тЇріне тЩуелді болады. ІШКІ ЭНЕРГИЯ СистеманыЈ ішкі энергиясы деп газдыЈ барлы› молекулаларыныЈ барлы› энергияларыныЈ ›осындысын тЇсінетін боламыз. СистеманыЈ ішкі энергиясыныЈ система“а ж±мыс ат›арудыЈ ар›асында немесе ›айсы-бір жылу мйлшерін берудіЈ ар›асында артуы тиіс. СистеманыЈ ішкі энергиясы жылу а“ыны системадан шы“атын болса, немесе система ›айсы-бір сырт›ы денелерге ж±мыс ат›ар“анда кемуі тиіс. Т±йы›тал“ан системаныЈ ішкі энергиясыныЈ йзгерісін мына тЇрде жазу“а болады: (2.5)
м±нда“ы: Q - система“а берілген жылу мйлшері, A - системаныЈ ат›ар“ан ж±мысы. Егер ж±мыс система“а ат›арылатын болса, онда ол теріс болады да, артады. ДЩл осылай, егер Q жылу мйлшерін система беретін болса, онда б±л шама теріс болады. (2.5) тендеу термодинамиканыЈ бірінші бастамасы деп аталады. Ішкі энергия жылу мйлшері мен ж±мыс›а сййкес езгеріп отырады.
О›шаулан“ан система Їшін A = Q = 0 болады, демек, AU = 0. СистеманыЈ ішкі энергиясы да системаныЈ кЇй функциясы болып табылады, себебі системаныЈ кезкелген кЇйде, сол кЇйге сЩйкес келетін, на›ты ішкі энергиясы болады. ДйЈгелек процестерде ішкі энергияныЈ йзгеруі 0-ге теЈ.
ЭНТАЛЬПИЯ Энтальпия жылу есептеулерге енгізілген жаЈа функция. ЭнтальпияныЈ дененіЈ массасына ›атынасы меншікті энтальпия деп аталып Щрпімен белгіленеді, оныЈ йлшем бірлігі, Дж/кг
- шамалары кЇй параметрлері бол“анды›тан, энтальпия кЇй параметрі болып табылады.
Егер ›ысым р мен температураны Т тЩуелсіз параметр деп алатын болса›, онда ›айтымды процестер Їшін термодинамиканыЈ бірінші бастамасы келесі тЇрде
Осыдан
немесе
Идеал газдыЈ ›ысымы нолге ±мтыл“анда р→0 00С –да меншікті энтальпия нолге теЈ. љысым р=const бол“анда Меншікті энтальпияныЈ дифференциалы
теЈдеуінен
немесе
Жылусыйымдылы› ДененіЈ температурасын бір кельвинге арттыру Їшін о“ан берілетін жылу мйлшеріне теЈ шама дененіЈ жылу сыйымдылы“ы деп аталады. Бірлік зат мйлшерініЈ (1 кг, 1 м3, 1 моль) температурасын бір градус›а йзгерту Їшін ›ажетті жылу мйлшері оныЈ меншікті жылу сыйымдылы“ы деп аталады.
м±нда Термодинамикады жылусыйымдылы›тыЈ Їш тЇрі болады: меншікті (массалы›), молдік жЩне кйлемдік. 1 кг газ“а ›атысты жылу сыйымдылы› массалы›, Сх деп аталады, йлшем бірлігі кДж/(кг.град) =
1 кмоль газ“а ›атысты жылу сыйымдылы› молдік, х деп аталады, йлшем бірлігі кДж/(кмоль.град).
Осы жылу сыйымдылы›тардыЈ арасында келесі байланыс бар х= Сх μ;
м±нда μ - молекулалы› масса. љысымы 101325 Н/м2 жЩне температурасы 00С бол“анда, я“ни ›алыпты физикалы› жа“дайда 1 м3 газ“а ›атысты жылу сыйымдылы› кйлемдік, м±нда 22,4 – ›алыпты физикалы› жа“дайда“ы бір киломольдіЈ кйлемі. На›ты процестерді есептеу кезінде шынайы жылу сыйымдылы›, температура бойынша dT, газ“а жеткізілген жылу мйлшерінен туынды ретінде dq аны›талады жЩне на›ты процестіЈ белгілі бйлігінде t1 -.t2 температура аралы“ында“ы орташа жылу сыйымдылы›
ГаздыЈ жылу сыйымдылы“ы процестіЈ сипатына да байланысты. Практикада кйбінесе т±ра›ты кйлемде жЩне т±ра›ты ›ымысда йтетін процестегі газдардыЈ жылу сыйымдылы›тары пайдаланылады. Осы“ан сЩйкес, жылу сыйымдылы› изохоралы›, Сυ жЩне изобаралы›, СР деп аталады. ТермодинамиканыЈ бірінші заЈына байланысты
Изохоралы› процесінде жылу - dq газдыЈ температурасын, я“ни оныЈ ішкі энергиясын - du йзгертуге ж±мсалады. Сырт›ы кЇштерге ›арсы ж±мыс dl нйлге теЈ бол“анды›тан
Изобаралы› процесінде жылу – dq газдыЈ ішкі энергисын du арттыру“а жЩне кйлемді ±л“айту Їшін сырт›ы кЇштерге ›арсы ж±мсал“ан ж±мыс›а кетеді
Изохоралы› жЩне изобаралы› жылу сыйымдылы›тары Їшін Майер теЈдеуі Щділетті ;
Идеал газдыЈ бір молініЈ температурасын т±ра›ты ›ысым кезінде 1 К-ге кйтерген кезде ат›аратын ж±мысы R газ т±ра›тысына теЈ. - газдыЈ адиабаталы› кйрсеткіші, Щрбір газ Їшін белгілі мЩні бар шама
Газ 1 атомды› газ5/32 атомды› газ7/53 атомды› газ4/3
осыдан изохоралы› жылу сыйымдылы›
жЩне изобаралы› жылу сыйымдылы›
Осы формулаларды ескерсек ішкі энергияныЈ йзгеруі Бір атомды› газдыЈ молдік жылу сыйымдылы“ы т±ра›ты кйлем кезінде ж±мыс ат›арылмайтын бол“анды›тан газ“а Q жылу мйлшері берілген болса, онда оныЈ ішкі энергиясы Ішкі энергияныЈ йзгерісі осыдан Осыдан т±ра›ты кйлем кезіндегі молдік жылу сыйымдылы›ты табамыз Дж/(К моль) 3 кал/(К моль)
Дж/(К моль) 5 кал/(К моль)
Екі атомды› газдардыЈ жылу сыйымдылы“ы Екі атомды› газдыЈ бір молініЈ ішкі энергиясы
Дж/(К моль) 5 кал/(К моль)
Дж/(К моль) 7 кал/(К моль)
Кйп атомды› газдардыЈ жылу сыйымдылы›тары Кйп атомды› газдар Їшін
Дж/(К моль) 6 кал/(К моль)
Дж/(К моль) 7 кал/(К моль)
Газ ЭНТРОПИЯ Жылу q кЇй функциясы болма“анды›тан толы› дифференциал бола алмайды. - шексіз аз шама.
Идеал газ Їшін теЈдеуі белгілі
љысымныЈ p орнына -ді ›оятын болса›, онда
ТеЈдеудіЈ екі жа“ын Т-“а бйлсек, онда
Осыдан йрнегін газ кЇйініЈ ›айтымды йзгерісінде айнымалы Т жЩне функцияларыныЈ толы› дифференциалы, температура“а “ана тЩуелді, ал R – т±ра›ты шама. функциясы энтропия деп аталады, оныЈ йлшем бірлігі, Дж/К, ал меншікті энтропияныЈ йлшем бірлігі, Дж/(кг К), я“ни .
теЈдеуін - діЈ орнына ›ойса›, онда
бол“анда идеал газ Їшін
Клапейрон теЈдеуінен ; ; .
теЈдеуіне мЩнін ›ойса›, онда
бол“анда интегралдау ар›ылы
ТЕРМОДИНАМИКАЛЫљ ПРОЦЕСТЕР Термодинамикалы› процестердіЈ тЇрлері: изохоралы›, изобаралы›, изотермиялы›, адиабатты›, политропты›. Изохоралы› процесс Изохоралы› процесс деп берілген газдыЈ кйлемі ( ) т±ра›ты бол“анда жЇретін процесті айтамыз ( газ сырт›ы кЇштерге ›арсы ж±мыс жасамайды). ПроцестіЈ 1-2 сызы“ы изохора деп аталады.
 болса, онда идеал газ кЇйініЈ теЈдеуін тймендегідей жазу“а болады
жүктеу/скачать 1 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|