Лабораториялық жұмыс №2 Термодинамика бірінші заңы

Жұмыс мақсаты . Термодинамика бірінші заң зерттеуі путём практикалық қолданудың оның изобарлық процеске .

Кіріспе бөлім

Термодинамика бірінші заңы . Термодинамика бірінші заңы ( термодинамика бірінші басы )- аналитикалық ( математикалық ) қозғалыс сақтау заң айтылуы оның өзгерту жанында түрдің , үшін ­ писываемое физикалық мөлшерлер - энергия өзгертуіне арналған теңдік теңдеу түрінде .

Осы шақ термин астында " энергия " қалай түсінеді само қозғалыс ( зат қасиеті ), дәл осылай және физикалық мөлшерді ( ), болатынды ( сонымен қатарға күшпен және күш кезеңімен ) сандықтың ( сандық ) жүйеде қозғалыс қоры мінездемесімен . Айқын , не само қозғалыс және оның сандық ха ­ рактеристика бәз-баяғы емес .

Қозғалыс - ажырамас қасиет ( атрибут ) заттар , зат бар болу тәсілі : төсекте жоқ ­ рии қозғалыссыз және затсыз қозғалыстар жоқ ; жалпы ұғым ең , қосылған өзінді ауыспалылық , өзгерту ( даму , регрес ), әрекеттестік және п . т .

Техникалық термодинамикада екі түрді айырып танады ( түрдің ) қозғалыстың : былыққанды ( жылыны )- ХФ және реттелгенді ( бағытталған , механикалыны )- уһ ; екі тәсіл ( процестің ) тапсырудың қозғалыстар - былыққан ( жылу айырбас ) және реттелген ( жұмыс іске асыруы ).

Былыққан ( жылы ) түр қозғалыс қозғалыстар - сақтаушыларымен микробөлшектерді келеді ( .), кеңістікте жасайтын былыққан микроскоптық ауыспалылықтың олардың жақын маңда селқостық орталығының .

Реттелген ( механикалы ) түр қозғалыс қозғалыстар - сақтаушыларымен макроскопиялық денелер немесе микробөлшектерді келеді ( .), пространстіде реттелген ауыспалылық жасайтындар ­ ве .

Ең мінездемемен әмбебаб сандықтың ( өлшеммен ) қозғалыстың , қолдануға болатынның қозғалыс үшін - түрлерінің ( былыққан және реттелгеннің ) энергия келеді ( әмбебаб өлшем күш - кемірек ­ қозғалыс личества , т . . Былыққан қозғалыстардың артынан ол нольге бірдей , бірақ және энергия еске алынады қозғалыстар - ол қасиет толық емес қозғалыс бағытын еске алынбайды ).

Энергия - скалярлық физикалық мөлшер ( атанған сан - зат мира ойлардың ), характери ­ зующая сан ( қор ) қозғалыстың қалай самой жүйеге ( денеде ), дәл осылай және қозғалыс сан , передаваемо ­ го жүйе шекаралары арқылы , және анықталатын туынды сияқты ауыспалылыққа күштің :

Қайда '- сыртқы күш ( мысалы , газға поршень әрекет күші );

- ішкі күш ( мысалы , ;

Dr = dt - ауыспалылық , қайсыда күш іс істейді .

Мысалы , селқостығы асып кеткенде кинетикалық энергия интегралмен анықталады -- mdc | dt ( ішкі күш ) немесе нәтижелінің сыртқы күштерінің = mdc | d |

Ал энергия - интегралмен гравитация потенциалды сыртқының ( нәтижелінің ) күштің , бірдейдің және

Қарама-қарсы тұрғанның ішкі күш белгісімен F ез ауырлықтары -- „-- mg = kmg , прило керек ­ сырттан денеге өмір сүру , жер бетінің h биігіне оның көтеру үшін ,

Қайда - жеке вектор , бағытталған тік жоғары .

Ішкі энергия - энергия былыққанды ( жылыны ) өзіне меншікті микробөлшектердің қозғалыстары ( атомдардың , молекулалардың , электрондардың , сонымен қатар аталатын кішкентай бөлшектердің - будалар дәл осылай , ара қашықтықта атомдарды әрекеттестік қамтамасыз етуші ) жүйенің олардың салыстырмалы селқостық орталығының . Ұғымға включа ішкі энергиялары ­ молекулалардың ются былыққан қозғалыс кинетикалық энергия , молекулалар аралық әрекеттестік потенциалды энергия және молекула ішіндегі энергия ( химиялық және ядролық ). техникалық термодинамикада молекула ішіндегі (" ноль ") энергия емес рассматривается және ішкі энергия кинетимен теңдестіріледі ­ түтумен және энергиялармен потенциалдының молекулалардың .

Демек , ішкі энергия - мынау жұмысшы дене барлық молекулаларының жиынтық кинетикалық және потенциалды энергиясы

( ), әрекеттестік потенциалды энергиясы молекулалар аралық ара қашықтықтан тәуелді болады , ( V ). параметпен макроскопиялық сондықтан нақты газ ішкі энергиясы функциямен келеді ­ шұңқыр , мысалы , температураның және - : ( , V ).

Сана газда ара қашықтықта және внутрендермен молекула аралық әрекеттестік күштерімен менсінбейді ­ барлық молекулалардың ретсіз қозғалыс кинетикалық энергияларының соманы сияқты нююды энергияны анықтап қарайды , е . т . функцияны сияқты біреудің температура тек қана

Теңдеу шығаруына арналған энергия өзгертулері қандай болмасын жүйенің самом бәр күшімен жалпы түрде қарап шығамыз ­ лированную жүйені , тек қана шығару қарапайымы үшін құрылушыны трёх бірлесіп әрекет қылған денелердің және примением оған энергия сақтау заңы . ( мысалы , цилиндрда газ подвижбен ­ ным поршеньмен және жылу өткізгіш қабырғалармен ) барысында қозғалыс алады ( путём ) жылу айырбастың ( микро ­ тәртіпке салынбаған скопическиммен путём ) қайнардан тепла ( ИТ )2 және жұмыс іске асыруы барысында ( макро ­ реттелген скопическиммен путём ) жұмыстар - дене қайнарынан 3( мысалы , гірден , серіппелер , штоктың немесе сұйық ортадан , қысым көрсетуші поршень жақ сыртқысымен ).

ЗСЭ сәйкес үшін бұларды трёх денелердің , бөлектенген жүйені құрушылардың , ра келесіге жазып қоюға болады ­ венство :

Продифференцируем мынау теңдеу және дәл осылай оның көшіреміз

, физикалық бекіту ереді : сис энергия жетілдіруі ­ тақырыптың ( бірінші дененің ) қоршаған орта энергиялары убычи бірдей , қайнарлардан құрылушының тепла 2 және источ ­ жұмыс никовы 3.

Элементарлық энергиялар сияқты денелердің энергиялардың кемуінің анықтап қарауға болады , берілгенді жұмысшы дене шекаралары арқылы | сәйкесті былыққанда және упоря ­ доченной түрлерде

Элементарлық энергиялардың белгілеуіне арналған осында , жүйе шекаралары арқылы берілген қозғалыс сипаттайтындардың , символ - 5. қолданылады

Басқа жағынан , бірінші дене энергия толық өзгертуі сындыруға болады екіні жарым-жартылардың ( парци ­ альных ) жылу айырбас процестерінде жетілдірулер және жұмыс іске асырулары

Белгілеуге арналған осында жарым-жартылардың ( парциалдықтардың ) жетілдірулерді d символы қолданылады , символдың айырмашылығына d толықты және дпен жекені дифференциялдардың , - , не жалпы оқиғада тап осы ­ жүйе күй-жағдайлары параметрлер арқылы өсіру мүмкін есептеп шығарылған емес . Теңдеудің (4) жалпы түрде жазып қоюға (5) болады :

Сәйкес мынаға энергия теңдік теңдеуіне прцхпцениемен толық дене энергиялары ( жүйенің ) сомаға бірдей екінің энергия жарым-жарты жетілдірулерінің , қозғалыс сипаттайтын , берілген жылу айырбас процестерінде жүйе шекарасы арқылы және жұмыс іске асырулары , немесе элементарлық энергиялардың сомасына бірдей , қозғалыс сипаттайтын , берілген былыққан түрге жүйе шекарасы арқылы ( ХФ ) және реттелген түрде ( уһ ); бірлесіп әрекет қылған денелердің мына саны мүмкін - .

Мөлшерлер - жылулық және жұмыс физикалық (6) енгізіледі теңдік арақатынастан аралап шыға . Реттелген түрге қозғалыс тасымалдау процестері , макроскопиялық күштермен сипаттауға болады және жұмыс іске асырулары ауыспалылықтарға процестермен қабылданған атау , ал қозғалыс энергиясын , берілгенді реттелген макроскопиялық түрде , немесе жүйе энергия жарым-жарты өзгертуі соверше барысында ­ ния жұмыстар - жұмыспен .

Былыққан түрге қозғалыс тасымалдау процестері , микро тек қана сипаттауға болады ­ скопическиминің күштермен және микро ауыспалылықтармен , жылу айырбас процестерімен қабылданған атау , ал движе энергиясын ­ ния , берілгенді былыққан түрде , немесе жүйе энергия жарым-жарты жетілдіруі жылу айырбасты - жылулықпен барысында .

Жылулықты өзгерту сияқты лайықты процесте жүйе энергиялары қабылданған есептеу арқылы аналар ­ плоёмкость немесе энтропияны , ал берілген энергияны сияқты процестерде жылу айырбасты - арқылы жылы селдер , анықталатындар лайықты теңдеулерден жылу айырбас теориялары ( .).

Сонымен , жылулық және жұмыс - мынау қозғалыс энергиялары , берілгенді теплообме процестерінде сәйкесті ­ және жұмыс іске асырулары ( осыған орай асу энергияларымен оларды кейде атайды , немесе энергиялармен асу барысында ).

Ойдағыдай (7) және (8), жылулықты және жұмысты болады сонымен қатар түсіндіру және қалай жарым-жартылар жетілдірулер энер ­ гии жүйелер процестерде жылу айырбасты және іске асырулар жұмыстар

- енгізілген мөлшерлердің - жұмыстың (7) және ішкі энергиялардың артынан түрінде немесе тек қана түрінде жылулықтың энергия (8)- теңдеуі толық энергия үшін (6) мүмкін жазылған

Қайда және - сыртқы және ішкі жұмыстың , анықталатындар , қалай және энергия (1), сыртқы және ішкі күштер арқылы .

Термодинамика бірінші заң теңдеуі (9) қабылданған жазып алу дифференциалдыда және интеграль ­ ном түрде дәл осылай :

Жүйе ішкі энергия қайда - сәйкесті элементарлық және ақырғы өзгертуі ; және туралы - элементарлық және ақырғы сан тепла ;8 W және - элементарлық және ақырғы жұмыс . Теңдеу термодинамика бірінші заңы аналитикалық айтылуымен (11) келеді , ­ дәл осылай нято тұжырымдау : жылулық идёт ішкі энергия өзгертуіне және жұмыс іске асыруына . Энергия бірлігімен , жылулықтың және жұмыстың СИ джоуль келеді :

Газға сәйкес , - цилиндрда , ең үлкен мағына поршень ауыспалылығымен қысым өзгертулер - ішкі күштерінің жұмысын болады . Егер р цилиндрында газ қысымы , анау уақыттарға ­ шень күшін іс істейді = рЛ . поршень ауыспалылығы жанында жолдар 6 хті жұмыс іске асады

Сол уақытта теңдеулер біріншіні заңды термодинамиканың (10) және (11) - тек қана жұмыстар өзгертулер - жазылады сондайда түрде :

Не жылулықтың тийды , анау её дәл осылай қарапайым емес удаётся микроскоптық күштер арқылы есептеу және қауырсында ­ мещения және ол жұмысшы дене температуралары өзгертуге пропорционалды тарихи анықталады

Теплоёмкость процестен тәуелді болады және белгілеулер лайықтылар болады . Дәл осылай , изобарлық процес оқиғасында ол срды белгіленеді , ал изохорного - су ,

Оқиғада процес изохорногосы ( - const ) жұмысы нольге бірдей { =0- жоқ ­ менения - газды және неподрижен поршені ) және ішкі энергия өзгертуі жылулыққа бірдей

Айтылу (15) әділ тек қана үшін сананың газ , т . . Тағы нақты газ оқиғасында ішкі энергия тәуелді болады - .

Жылулыққа арналған - айтылулардың (14) және ішкі энергия өзгертулері бірінші зако (15) теңдеуі ­ термодинамиканың түр (15) қабылдайды

Ыдыста ауа изобарлық қызуы процесс термодинамика бірінші заң практикалық қолдану әдістемесі

Термодинамика бірінші заң теңдеуі (15) изобарлық процестің артынан ( р = const ), параметрлердің өзгерту ақырғы аралығында ағып жатқанды , түрінде жазылады

Тәжірибе барысында измеряются бастапқы және ақырғы температураның ( Г ,, Г 2) және - ( \, газар 2), қысымы және содан соң т . газ көпшілігі есеп айырысады барлық мөлшерлер астына қойылады (17) және есептейді - ся бөлек сол және оң мына теңдеу бөлімдері , ал бөлімдердің сол және оң мағынасы содан соң салыстырылады аралық ­ соғыс . Мұқият - тәжірибе жанында және - сол бөлім таяу оң бөлімдерді болып шығады , не ука ­ әділеттілікке зывает термодинамика бірінші заң жазулары түрінде (17).

Мөлшерлердің сан азаюына арналған және , сәйкесті , қателіктер - сол және оңның теңдеу бөлімдерінің (17) ол түрге тура келеді

Теңдеу әділеттілігі (18) және , демек , теңдеулер (17) дәлелделген болады , егер тәжірибе қателігі

( жоқ болу жанында - - және ыдыста су тамшыларының барысының ) шекті азырақ болады ­ қателік носительнойы , есептелетіннің формуламен қайда абсолютті қателіктері және құралдардың шкала ең азы бөлулері баға жартысына бірдей ДГ температураларының алады .

Лабораториялық құру суреттеуі

Еті тірі поршеньмен құру цилиндрдан түзеледі ( шыны шприц шыны поршеньмен : металл поршень болады заклиниваться жылыту жанында )|, ыдыстың сумен 2, 3, қайсы төменгі бөлімнің электронагреватель анықталған сөнуші түйіскен термометр тұйықталуы жанында 4 және срабатыва ­ нии күшейткішті құрылғы реле 5, термометр 6 өлшеуге арналған су температуралары және , демек , шприцта ауаның ( сурет 1).

Жұмыс орындалу реті

2. қажеттілік жанында үстеп құю ыдыста су барысы тексеру ( ыдыс қақпағы төмен су деңгейі тиісті болу ).

10 розеткаға электронагревателя шаңышқысын салу және 7. қосу жанында жағады ажыратқыш қосу ­ 4 түйіскен термометрде шынжыр тұйықталулары ся күшейткішті құрылғы сол индикаторлық лампыша 5. қызу кезеңге дейін өткізу және жылытқыш сөндірулері ( күшейткіш оң индикаторлық лампышасы жанады ).

Бөлмелік температура жанында шприц алу және дәл осылай поршенек орнату , бастапқы үшін объём барынша көпті - шприцтан 90% шприцта ауаны құрастырды . Айналдыра поршенёк , жету , ең аз оның ауыспалылығына арналған жігер болды үшін ( қатты керілген жүру оқиғасында процес болады емес изобарлықпен , немесе атмосфералық шприцта ауа қысымы шамадан асырады ). жалпиған соңымен инемен шприц жабу және сумен ыдысқа оның орнату . Қызу нәтижесінде объём ауаның увеличивается және порше ­ нёк орналасады .

Тәжірибе уақытына өлшеу :

Ал ) бастапқы объём цилиндрында ауаның , шприц бөлулерімен | бөлмелік температура жанында ;

Б ) t шприцында ауа бастапқы температурасын \,° ( бөлмелік ауа температурасына бірдей ) термометрмен 8;

) р шприцында ауа қысым , ст мм рт . .( ра бірдей атмосфералық қысымына ) барометрмен 9.

Г ) шприцта ауа ақырғы температурасын |2," ( су температурасына бірдей ) термометрмен 6,

Д ) ақырғы объём , шприц бөлулерімен , судан оның суырып алмай .

5 тәжірибе нәтижелерінің өңдеуі жанында есептеу :

Ал ) ауа көпшілігін ( кг ) күй-жағдай теңдеуінен шприцта

,

- ауаны қабыл алу

Е ) шекті салыстырмалы қателік ?,, (20);

1 6 тап осы өлшеулерді кестеге және - әкеліп бере кету

Кесте 1- тап осы өлшеулердің және есеп-қисаптардың

7 тосу барлық табылғандар мөлшерлер (17) және (18) және салыстыру солдар және оңдар бөлімдер бұларды теңдеулердің , сде ­ лать шығарулар туралы дәлдіктер тәжірибені .

Отчёт жұмыс туралы

Отчёт жұмыс туралы аты және жұмыс мақсат , құру схемасын , негізгілер - формулалар , кестені тиісті асырау , расчёт өлшеулердің қателіктерінің .

Бақылау сұрақтар

Термодинамика бірінші заң аналитикалық айтылу және оның физикалық мәні .

Жылулық физикалық мән және ішкі энергиялар және олардың - формуланың .

Қалай жұмыс анықталады өзгертулер - ?

Температуралар аралық қандай байланыс және - изобарлық процесте ме?