, termodinamički proces je promjena stanja sistema, zbog čega barem jedan od njegovih parametara (temperatura, zapremina ili pritisak) mijenja svoju vrijednost. Međutim, ako uzmemo u obzir da su svi parametri termodinamičkog sistema međusobno neraskidivo povezani, onda promjena bilo kojeg od njih neizbježno povlači promjenu barem jednog (idealno) ili nekoliko (u stvarnosti) parametara. U opštem slučaju možemo reći da je termodinamički proces povezan sa neravnotežom sistema, a ako je sistem u ravnotežnom stanju, onda u njemu ne mogu nastati nikakvi termodinamički procesi.

Stanje ravnoteže sistema je apstraktan koncept, budući da je nemoguće izolovati bilo šta materijalno iz okolnog svijeta, stoga se u bilo kojem stvarnom sistemu neizbježno dešavaju različiti termodinamički procesi. Štaviše, u nekim sistemima se mogu desiti tako spore, gotovo neprimetne promene da se procesi povezani sa njima mogu uslovno smatrati da se sastoje od niza ravnotežnih stanja sistema. Takvi procesi se nazivaju ravnotežni ili kvazistatički.
Drugi mogući scenario uzastopnih promjena u sistemu, nakon kojih se on vraća u prvobitno stanje, naziva se kružni proces ili ciklus. Koncepti ravnotežnih i kružnih procesa leže u osnovi mnogih teorijskih zaključaka i primijenjenih tehnika termodinamike.

Proučavanje termodinamičkog procesa sastoji se od utvrđivanja rada obavljenog u datom procesu, promjene unutrašnje energije, količine toplote, kao i uspostavljanja veze između pojedinačnih veličina koje karakterišu stanje gasa.

Od svih mogućih termodinamičkih procesa najzanimljiviji su izohorni, izobarični, izotermni, adijabatski i politropni procesi.

Izohorni proces

Izohorni je termodinamički proces koji se odvija pri konstantnoj zapremini. Ovaj proces se može postići zagrijavanjem plina smještenog u zatvorenoj posudi. Kao rezultat opskrbe toplinom, plin se zagrijava i njegov tlak se povećava.
Promjena parametara plina u izohoričnom procesu opisana je Charlesovim zakonom: p 1 /T 1 = p 2 /T 2, ili u općem slučaju:

p/T = konst.

Pritisak gasa na zidovima posude direktno je proporcionalan apsolutnoj temperaturi gasa.

Budući da je u izohoričnom procesu promjena volumena dV nula, možemo zaključiti da se sva toplina dovedena u plin troši na promjenu unutrašnje energije plina (nije obavljen posao).

Izobarski proces

Izobarski je termodinamički proces koji se odvija pri konstantnom pritisku. Takav proces se može izvesti stavljanjem gasa u gusti cilindar sa pokretnim klipom, koji je podložan stalnoj spoljnoj sili tokom odvođenja i dovoda toplote.
Kada se temperatura plina promijeni, klip se kreće u jednom ili drugom smjeru; u ovom slučaju, zapremina gasa se menja u skladu sa Gay-Lussacovim zakonom:

V/T = konst.

To znači da je u izobaričnom procesu zapremina koju zauzima gas direktno proporcionalna temperaturi.
Možemo zaključiti da će promjena temperature u ovom procesu neminovno dovesti do promjene unutrašnje energije plina, a promjena zapremine je povezana s obavljanjem rada, odnosno u izobaričnom procesu, dio toplinske energije se troši na promenu unutrašnje energije gasa, a drugi deo na izvođenje gasnog rada za savladavanje dejstva spoljašnjih sila. U ovom slučaju, odnos između potrošnje toplote za povećanje unutrašnje energije i za obavljanje rada zavisi od toplotnog kapaciteta gasa.

Izotermni proces

Izotermni je termodinamički proces koji se odvija pri konstantnoj temperaturi.
U praksi je veoma teško izvesti izotermni proces sa gasom. Na kraju krajeva, neophodno je ispuniti uslov da tokom procesa kompresije ili ekspanzije gas ima vremena da izmijeni temperaturu sa okolinom, održavajući sopstvenu temperaturu konstantnom.
Izotermni proces je opisan Boyle-Mariotteovim zakonom: pV = const, tj. pri konstantnoj temperaturi tlak plina je obrnuto proporcionalan njegovoj zapremini.

Očigledno, tokom izotermnog procesa, unutrašnja energija gasa se ne menja, jer je njegova temperatura konstantna.
Da bi se ispunio uvjet konstantne temperature plina, potrebno je ukloniti toplinu koja je ekvivalentna radu utrošenom na kompresiju:

dq = dA = pdv.

Koristeći jednadžbu stanja gasa i izvršivši niz transformacija i supstitucija, možemo zaključiti da je rad gasa tokom izotermnog procesa određen izrazom:

A = RT ln(p 1 /p 2).

Adijabatski proces

Adijabatski je termodinamički proces koji se odvija bez razmjene topline između radnog fluida i okoline. Kao i izotermni proces, adijabatski proces je vrlo teško implementirati u praksi. Takav proces može se dogoditi s radnom tekućinom smještenom u posudu, na primjer, cilindar s klipom, okružen visokokvalitetnim materijalom za toplinsku izolaciju.
Ali bez obzira koji visokokvalitetni toplotni izolator koristimo u ovom slučaju, neke, čak i zanemarljive, količine toplote će se neizbežno razmenjivati ​​između radnog fluida i okoline.
Stoga je u praksi moguće kreirati samo približan model adijabatskog procesa. Međutim, mnogi termodinamički procesi koji se provode u termotehnici odvijaju se tako brzo da radni fluid i medij nemaju vremena za razmjenu topline, pa se, s određenim stupnjem greške, takvi procesi mogu smatrati adijabatskim.

Izvesti jednačinu koja se odnosi na pritisak i zapreminu 1 kg gasa u adijabatskom procesu, pišemo jednačinu prvog zakona termodinamike:

dq = du + pdv.

Budući da je za adijabatski proces prijenos topline dq jednak nuli, a promjena unutrašnje energije je funkcija toplinske provodljivosti na temperaturi: du = c v dT, onda možemo napisati:

c v dT + pdv = 0 (3) .

Diferencirajući Clapeyronovu jednačinu pv = RT, dobijamo:

pdv + vdp = RdT .

Izrazimo dT odavde i zamenimo ga u jednačinu (3). Nakon pregrupiranja i transformacije dobijamo:

pdvc v /(R + 1) + c v vdp/R = 0.

Uzimajući u obzir Mayerovu jednačinu R = c p – c v, posljednji izraz se može prepisati kao:

pdv(c v + c p - c v)/(c p – c v) + c v vdp/(c p – c v) = 0,

c p pdv + c v vdp = 0 (4) .

Podijelimo rezultirajući izraz sa c v i označimo omjer c p /c v slovom k, nakon integracije jednačine (4) dobijamo (sa k = konst):

ln vk + ln p = const ili ln pvk = const ili pvk = const.

Rezultirajuća jednačina je jednačina adijabatskog procesa, u kojoj je k adijabatski eksponent.
Ako pretpostavimo da je zapreminski toplotni kapacitet c v konstantna vrijednost, tj. c v = const, onda se rad adijabatskog procesa može predstaviti kao formula (dato bez izlaza):

l = c v (T 1 – T 2) ili l = (p 1 v 1 – p 2 v 2)/(k-1).

Politropni proces

Za razliku od termodinamičkih procesa o kojima smo gore govorili, kada je bilo koji od parametara plina ostao nepromijenjen, politropski proces karakterizira mogućnost promjene bilo kojeg od glavnih parametara plina. Svi termodinamički procesi o kojima se govorilo su posebni slučajevi politropskih procesa.
Opća jednadžba politropnog procesa ima oblik pv n = const, gdje je n politropni indeks - konstantna vrijednost za dati proces koja može imati vrijednosti od - ∞ do + ∞.

Očigledno je da se davanjem određenih vrijednosti politropnom indeksu može dobiti jedan ili drugi termodinamički proces - izohorni, izobarični, izotermni ili adijabatski.
Dakle, ako uzmemo n = 0, dobijamo p = const - izobarični proces, ako uzmemo n = 1, dobijamo izotermni proces opisan zavisnošću pv = const; za n = k proces je adijabatski, a za n jednako - ∞ ili + ∞. dobijamo izohorni proces.

Šta je izobarski proces

Definicija

Izobarični (ili izobarični) proces je proces koji se odvija u konstantnoj masi gasa pri konstantnom pritisku.

Napišimo jednačinu za dva stanja idealnog gasa:

\ \

Dijeljenjem jednačine (2) sa jednačinom (1) dobijamo jednačinu izobarnog procesa:

\[\frac(V_2)(V_1)=\frac(T_2)(T_1)\ (3)\]

\[\frac(V)(T)=const\ \lijevo(4\desno).\]

Jednačina (4) se zove Gay-Lussacov zakon.

Unutrašnja energija i količina toplote izobarnog procesa

Ovaj proces se događa s unosom topline ako se volumen povećava, ili odvođenjem topline kako bi se smanjio volumen. Zapišimo prvi zakon termodinamike i dosljedno dobijemo izraze za rad, unutrašnju energiju i količinu topline izobarnog procesa:

\[\delta Q=dU+dA=\frac(i)(2)\nu RdT+pdV,\ \lijevo(5\desno).\] \[\trokut Q=\int\limits^(T_2)_ (T_1)(dU)+\int\limits^(V_2)_(V_1)(dA)(6)\]

gde je $\delta Q\ $ elementarna toplota dovedena sistemu, $dU$ je promena unutrašnje energije gasa u tekućem procesu, $dA$ je elementarni rad koji gas obavlja u procesu, i je broj stupnjeva slobode molekula plina, R - - univerzalna plinska konstanta, d - broj molova plina.

Promjena unutrašnje energije plina:

\[\trokut U=\frac(i)(2)\nu R((T)_2-T_1)\ (7)\] \

Jednačina (8) određuje rad za izobarni proces. Oduzimanjem jednačine (1) od (2) dobijamo još jednu jednačinu za rad gasa u izobaričnom procesu:

\ \[\trokut Q=\frac(i)(2)nR((T)_2-T_1)+\nu R((T)_2-T_1)=c_(\mu p)\nu \trokut T\ ( 10),\]

gdje je $c_(\mu p)$ molarni toplinski kapacitet plina u izobaričnom procesu. Jednačina (10) određuje količinu toplote koja se prenosi gasu mase m u izobaričnom procesu sa povećanjem temperature za $\trokut T.$

Izoprocesi se vrlo često prikazuju u termodinamičkim dijagramima. Dakle, linija koja prikazuje izobarni proces na takvom dijagramu naziva se izobara (slika 1).

Primjer 1

Zadatak: Odredite kako su pritisci $p_1$ i $p_2$ povezani u V(T) dijagramu na slici 1c.

Nacrtajmo izotermu $T_1$

U tačkama A i B temperature su iste, pa se gas pridržava Boyle-Mariotteovog zakona:

\ \

Pretvorimo ove volumene u SI: $V_1=2l=2(\cdot 10)^(-3)m^3$, $V_2=4l=4( 10)^(-3)m^3$

Hajde da izvršimo proračune:

Odgovor: Rad koji obavlja gas u izobarnom procesu je 600 J.

Primjer 3

Zadatak: Uporedite rad na gasu u ABC procesu i rad na gasu u CDA procesu (slika 3).

Kao osnovu za rješenje uzet ćemo formulu koja određuje rad plina:

Iz geometrijskog značenja određenog integrala poznato je da je rad površina figure koja je ograničena funkcijom integrala, apscisnom osom i izohorama u tačkama $V_1\ i\ V_2$ (p( V) osa). Pretvorimo procesne grafove u p(V) ose.

Razmotrimo svaki segment procesnih grafova prikazanih na slici (3).

AB: Izohorični proces (p=const), $V\uparrow \levo(\Volume\increases\right),\ T\uparrow $;

VS: Izohorični proces (V =const), $T\uparrow $ (iz grafa), p$\uparrow $, iz zakona za izohorični proces ($\frac(p)(T)=const$);

CD: (p=const), $V\downarrow ,\ T\downarrow ;$

DA: (V =const), $T\downarrow ,\p\downarrow .$

Opišimo grafove procesa u p(V) osi (slika 4):

Rad plina $A_(ABC)=S_(ABC)$ ($S_(ABC)$ je površina pravougaonika ABFE) (slika 3). Rad na gas $A_(CDA)=S_(CDA)$ ($S_(CDA)$)$\ -površina\ pravougaonik\ $EFCD. Očigledno, $A_(CDA)>A_(ABC).$

Izobarski proces

Grafovi izoprocesa u različitim koordinatnim sistemima

Izobarski proces(starogrčki ισος, isos - "isti" + βαρος, baros - "težina") - proces promjene stanja termodinamičkog sistema pri konstantnom pritisku ()

Zavisnost zapremine gasa od temperature pri konstantnom pritisku eksperimentalno je proučavao 1802. Joseph Louis Gay-Lussac. Gay-Lussacov zakon: Pri konstantnom pritisku i konstantnim vrijednostima mase gasa i njegove molarne mase, odnos zapremine gasa i njegove apsolutne temperature ostaje konstantan: V/T = konst.

Izohorni proces

Izohorni proces(od grčkog chorus - zauzeti prostor) - proces promjene stanja termodinamičkog sistema pri konstantnoj zapremini (). Za idealne gasove, izohorični proces je opisan Charlesovim zakonom: za datu masu gasa pri konstantnoj zapremini, pritisak je direktno proporcionalan temperaturi:

Linija koja prikazuje izohorni proces na dijagramu naziva se izohora.

Takođe je vredno istaći da se energija koja se dovodi do gasa troši na promenu unutrašnje energije, odnosno Q = 3* ν*R*T/2=3*V*ΔP, gde je R univerzalna gasna konstanta, ν je broj molova u gasu, T je temperatura u Kelvinima, V zapremina gasa, ΔP prirast promene pritiska. a liniju koja prikazuje izohorni proces na dijagramu, u P(T) osi, treba produžiti i isprekidanom linijom povezati sa ishodištem koordinata, jer može doći do nesporazuma.

Izotermni proces

Izotermni proces(od grčkog "thermos" - topao, vruć) - proces promjene stanja termodinamičkog sistema na konstantnoj temperaturi ()(). Izotermni proces je opisan Boyle-Mariotteovim zakonom:

Pri konstantnoj temperaturi i konstantnim vrijednostima mase gasa i njegove molarne mase, proizvod zapremine gasa i njegovog pritiska ostaje konstantan: PV = konst.

Izoentropski proces

Izoentropski proces- proces promjene stanja termodinamičkog sistema pri konstantnoj entropiji (). Na primjer, reverzibilni adijabatski proces je izentropski: u takvom procesu nema izmjene topline s okolinom. Idealan plin u takvom procesu opisuje se sljedećom jednačinom:

gdje je adijabatski indeks, određen vrstom plina.

Wikimedia fondacija. 2010.

Pogledajte šta su "izoprocesi" u drugim rječnicima:

Izoprocesi su termodinamički procesi tokom kojih masa i druga fizička veličina parametara stanja: pritisak, zapremina ili temperatura ostaju nepromenjeni. Dakle, konstantan pritisak odgovara izobaričnom procesu, zapremina je izohorična... Wikipedia

Teorija molekularne kinetike (skraćeno MKT) je teorija koja razmatra strukturu materije sa stanovišta tri glavne približno tačne odredbe: sva tijela se sastoje od čestica čija se veličina može zanemariti: atoma, molekula i jona; čestice... ...Wikipedia

- (skraćeno MKT) teorija koja razmatra strukturu materije sa stanovišta tri glavne približno tačne odredbe: sva tijela se sastoje od čestica čija se veličina može zanemariti: atoma, molekula i jona; čestice su u kontinuitetu... ... Wikipedia

Knjige

• Statističko predviđanje karakteristika deformacijske čvrstoće konstrukcijskih materijala, G. Pluvinazh, V. T. Sapunov, Ova knjiga predstavlja novu metodu koja nudi opću metodologiju za predviđanje karakteristika kinetičkih procesa, objedinjene za metalne i polimerne materijale. Metoda… Kategorija: Udžbenici za univerzitete Izdavač:

Osnovna termodinamička svojstva idealnih gasova

Pri proučavanju termodinamičkih procesa koristi se jednačina stanja

i matematički izraz prvog zakona termodinamike

Prilikom proučavanja termodinamičkih procesa idealnih gasova, u opštem slučaju potrebno je odrediti jednadžbu procesne krive u PV , P.T. , VT dijagram, uspostaviti vezu između termodinamičkih parametara i odrediti sljedeće veličine:

− promjena unutrašnje energije radnog fluida

(formula ne važi samo za V = konst, ali i za bilo koji proces)

− odrediti eksterni (termodinamički) specifični rad

i dostupnim konkretnim radovima

−količina topline uključena u termodinamički proces

Gdje je toplinski kapacitet procesa

– promjena entalpije u termodinamičkom procesu

(formula ne važi samo za str = konst, ali i u bilo kom procesu)

– udio topline koji se troši na promjenu unutrašnje energije u ovom procesu:

– udio toplote pretvoren u koristan rad u datom procesu

Općenito, bilo koja dva termodinamička parametra od tri ( P , V , T) može se proizvoljno mijenjati. Za praksu su od najvećeg interesa slijedeći procesi:

Procesi pri konstantnoj zapremini ( V = konst) – izohorni.

Pri konstantnom pritisku ( P = konst) – izobaričan.

Na konstantnoj temperaturi ( T = konst) – izotermno.

Proces dq =0 (teče bez razmene toplote radnog fluida sa okolinom) – adijabatski proces.

Politropni proces, koji se pod određenim uslovima može smatrati generalizujućim u odnosu na sve osnovne procese.

U budućnosti ćemo smatrati 1. zakon termodinamike i količine koje su u njemu uključene u odnosu na 1 kg mase.

Proces konstantnog volumena

(izohorni proces)

Takav proces može se izvesti radnim fluidom, na primjer, koji se nalazi u posudi koja ne mijenja svoj volumen, ako se toplina dovodi radnom fluidu iz izvora topline ili se toplina uklanja iz radnog fluida u hladnjak.

U izohoričnom procesu V = konst I dV =0 . Jednačina izohornog procesa se dobija iz jednačine stanja pri V = konst .

– Charlesov zakon (*)

To jest, kada V = konst pritisak gasa je proporcionalan apsolutnoj temperaturi. Kada se toplota dovodi, pritisak raste, a kada se toplota odvodi, opada.

Hajde da opišemo proces na V = konst V pV , pT I VT dijagrami.

IN str V – dijagram izohore 1-2 – vertikalna prava paralelna sa osom str . U procesu 1-2, toplota se dovodi do gasa, pritisak raste, a prema tome, iz jednačine (*), temperatura raste. U obrnutom procesu 2-1, toplina se uklanja iz plina, uslijed čega se smanjuje unutrašnja energija plina i smanjuje njegova temperatura, tj. proces 1-2 – grijanje, 2-1 – hlađenje plinom.

IN str Izohore T-dijagrama - prave linije koje izlaze iz ishodišta sa ugaonim koeficijentom (koeficijent proporcionalnosti)

Štaviše, što je viši nivo jačine zvuka, to je niža izohora.

U VT dijagramu, izohore su ravne linije paralelne sa T osom.

Eksterni rad gasa u izohornom procesu:

zbog

Dostupan konkretan rad

Promjena unutrašnje energije gasa u izohornom procesu, ako

Specifična toplota dovedena radnom fluidu, at

Od kada V = konst plin ne radi ( dl =0 ), tada će jednadžba prvog zakona termodinamike imati oblik:

Odnosno, u procesu V = konst sva toplota dovedena radnom fluidu troši se na povećanje unutrašnje energije, odnosno na povećanje temperature gasa. Kada se gas ohladi, njegova unutrašnja energija se smanjuje za količinu odvedene toplote.

Udio topline utrošen na promjenu unutrašnje energije

Udio topline utrošen na obavljanje posla

Proces konstantnog pritiska

(izobarni proces)

Izobarski proces, na primjer, može se odvijati u cilindru ispod klipa koji se kreće bez trenja, tako da pritisak u cilindru ostaje konstantan.

U izobaričnom procesu str = konst , dp =0

Jednačina izobarnog procesa se dobija kada str = konst iz jednadžbe stanja:

– Gay-Lussacov zakon (*)

U procesu u str = konst Volumen gasa je proporcionalan temperaturi, odnosno kada se gas širi, temperatura, a samim tim i unutrašnja energija, raste, a kada se skuplja smanjuje.

Hajde da opišemo proces pV , pT , VT – dijagrami.

IN pV–dijagram procesa na str = konst su prikazane kao prave linije paralelne osi V . Površina pravougaonika 12 daje rad gasa u odgovarajućoj skali l. U procesu 1-2, toplota se dovodi do gasa, jer se specifična zapremina povećava, a samim tim, prema jednačini (*), raste temperatura. U obrnutom procesu 2-1, toplina se uklanja iz plina, zbog čega se smanjuje unutrašnja energija i temperatura plina, tj. proces 1-2 je zagrijavanje, a 2-1 hlađenje plina.

IN VT– u dijagramu, izobare su prave linije koje se protežu od početka, sa ugaonim koeficijentom od .

IN pT– na dijagramu su izobare ravne linije paralelne osi T .

Rad plina u izobarnom procesu ( str = konst )

Od tada

To jest, ako se temperatura plina poveća, tada je rad pozitivan.

Dostupan rad

zbog ,.

Promjena unutrašnje energije plina ako

Količina toplote koja se daje gasu kada se zagreje (ili ga odaje kada se ohladi), ako

Odnosno, toplota koja se dovodi do radnog fluida u izobarnom procesu ide na povećanje njegove entalpije, tj. u izobarnom procesu je totalni diferencijal.

Jednačina prvog zakona termodinamike je

Udio topline utrošen na promjenu unutrašnje energije u izobarnom procesu je

Gdje k – adijabatski indeks.

Udio topline utrošen za obavljanje posla str = konst ,

u MKT, n – broj stepeni slobode.

Za jednoatomni gas n =3 i onda φ=0,6, ψ=0,4, odnosno 40% toplote prenešene gasu se koristi za obavljanje spoljašnjeg rada, a 60% se koristi za promenu unutrašnje energije tela.

Za dvoatomski gas n =5 i onda φ=0,715, ψ=0,285, to jest, ≈28,5% toplote prenešene gasu se koristi za obavljanje spoljašnjeg rada, a 71,5% se koristi za promenu unutrašnje energije.

Za triatomski gas n =6 i onda φ=0,75, ψ=0,25, odnosno 25% topline se koristi za obavljanje vanjskih radova (parna mašina).

Proces konstantne temperature

(izotermni proces)

Takav termodinamički proces može se dogoditi u cilindru klipne mašine ako se, kako se toplota dovodi do radnog fluida, klip mašine pomera, povećavajući zapreminu toliko da temperatura radnog fluida ostane konstantna.

U izotermnom procesu T = konst , dT =0.

Iz jednadžbe stanja

− Boyle-Mariotteov zakon.

Shodno tome, u procesu na konstantnoj temperaturi, pritisak gasa je obrnuto proporcionalan zapremini, tj. Za vrijeme izotermnog širenja tlak opada, a tijekom kompresije raste.

Hajde da opišemo izotermni proces u pV , pT , VT − dijagrami.

IN pV- dijagram - izotermni proces je prikazan jednakostraničnom hiperbolom, a što je temperatura viša, to je izoterma viša.

IN pT − dijagram - izoterme - prave linije paralelne osi str .

IN VT − dijagram - prave linije paralelne osi V .

dT =0, To

To je U = konst , i = konst – unutrašnja energija i entalpija su nepromijenjene.

Jednačina prvog zakona termodinamike ima oblik ( T = konst)

Odnosno, sva toplota koja se prenosi gasu u izotermnom procesu se troši na ekspanzioni rad. U obrnutom procesu - tokom procesa kompresije iz plina se uklanja toplina, jednaka vanjskom radu kompresije.

Specifičan rad u izotermnom procesu

Konkretni dostupni rad

Iz posljednje dvije jednačine slijedi da je u izotermnom procesu za idealni plin raspoloživi rad jednak radu procesa.

Toplota koja se daje gasu u procesu 1-2 je

1. zakon termodinamike

Iz toga slijedi da kada T = konst l = l 0= q , one. rad, raspoloživi rad i količina toplote koju primi sistem su jednaki.

Pošto u izotermnom procesu dT =0, q = l = neka konačna vrijednost, zatim od

nalazimo to u izotermnom procesu C =∞. Zbog toga je nemoguće odrediti količinu topline koja je prenesena plinu u izotermnom procesu korištenjem specifičnog toplinskog kapaciteta.

Udio topline utrošen na promjenu unutrašnje energije pri T = konst

a udio topline utrošen za obavljanje rada je

Proces bez razmene toplote sa spoljnim okruženjem

(adijabatski proces)

U adijabatskom procesu razmjena energije između radnog fluida i okoline odvija se samo u obliku rada. Pretpostavlja se da je radni fluid toplotno izolovan od okoline, tj. Između njega i okoline nema prijenosa topline, tj.

q =0, i shodno tome dq =0

Tada će jednadžba prvog zakona termodinamike poprimiti oblik

Dakle, promjena unutrašnje energije i rada u adijabatskom procesu su ekvivalentne po veličini i suprotnog predznaka.

Posljedično, rad procesa adijabatskog širenja nastaje zbog smanjenja unutrašnje energije plina i, posljedično, temperatura plina će se smanjiti. Rad adijabatske kompresije u potpunosti ide na povećanje unutrašnje energije, tj. da mu poveća temperaturu.

Dobijamo adijabatsku jednačinu za idealni gas. Iz prvog zakona termodinamike

at dq =0 dobijamo ( du = životopis dT )

Toplotni kapacitet , gdje

Diferenciranje jednadžbe stanja pV = RT dobijamo

Zamena RdT od do (*)

ili, dijeljenjem sa pV ,

Integrating at k = konst , dobijamo

Posljednja jednačina se zove Poissonova jednačina i adijabatska je jednačina za .

Iz Poissonove jednačine slijedi da

odnosno tokom adijabatskog širenja pritisak opada, a tokom kompresije raste.

Hajde da opišemo izohorični proces u pV , pT I VT – dijagrami

Square V 1 12 V 2 pod adijabatskim 1-2 na pV – dijagram daje rad l jednaka promeni unutrašnje energije gasa

Poređenje adijabatske jednačine sa Boyle-Mariotteovim zakonom ( T = konst ) možemo zaključiti da, pošto k >1, tada pri širenju duž adijabate pritisak pada više nego duž izoterme, tj. V pV – adijabatski dijagram je veći od izoterme, tj. adijabat je nejednakostranična hiperbola koja ne siječe koordinatne osi.

Dobijamo adijabatsku jednačinu u pT I VT − dijagrami. U adijabatskom procesu sva tri parametra se mijenjaju ( str , V , T ).

Dobijamo zavisnost između T I V . Jednačine stanja za tačke 1 i 2

odakle, dijeleći drugu jednačinu prvom

Zamjena omjera tlaka iz Poissonove adijabatske jednadžbe

ili TVk -1= konst – adijabatska jednačina u VT - dijagram.

Zamjena u (*) (3) omjer volumena iz adijabatske jednadžbe (Poisson)

ili − adijabatska jednačina u pT - dijagram. Ove jednačine su dobijene pod pretpostavkom da k = konst .

Rad u adijabatskom procesu na životopis = konst

S obzirom na odnos između temperature T I V

S obzirom na odnos između T I str

Promjena unutrašnje energije u=- l.

Dostupan posao, s obzirom na to

,

One. dostupan rad u k puta više rada adijabatskog procesa l .

φ I ψ mi ga ne nalazimo.

Politropni proces

Politropni proces je svaki proizvoljni proces koji se odvija pri konstantnom toplotnom kapacitetu, tj.

Tada će jednadžba 1. zakona termodinamike poprimiti oblik

(*) (1)

Dakle, ako C = konst I životopis = konst , tada kvantitativna raspodjela topline između unutrašnje energije i rada u politropskom procesu ostaje konstantna (na primjer, 1:2).

Udio topline utrošen na promjenu unutrašnje energije radnog fluida

Udio topline utrošen na vanjski rad je

Dobijamo jednačinu politropnog procesa. Da bismo to učinili, koristimo jednačinu 1. zakona termodinamike (*)

Odavde, od (*) i (**)

Dijeljenje druge jednačine (4) sa prvom (3)

Hajde da uvedemo veličinu koja se zove politropni indeks. onda,

Integracijom ovog izraza dobijamo

Ova jednadžba je politropska jednadžba u pV − dijagram. Potlitrope indikator n je konstantan za određeni proces i može varirati od -∞ do +∞.

Koristeći jednadžbu stanja, možemo dobiti politropsku jednačinu u VT I pT– dijagrami.

Od - politropska jednačina u VT - dijagram.

Od

− politropska jednačina u pT - dijagram.

Politropski proces je opšti, a glavni procesi (izohorni, izotermni, adijabatski) su posebni slučajevi politropskog procesa, od kojih svaki ima svoje značenje. n . Dakle, za svaki izohorični proces n =±∞, izobaričan n =0, izotermni n =1, adijabatski n = k .

Pošto su politropska i adijabatska jednadžba iste po obliku i razlikuju se samo po veličini n(umjesto toga politropni indeks k − adijabatski indeks), onda možemo pisati

rad politropnog procesa

dostupnog rada politropnog procesa

Toplotni kapacitet gasa odakle

Štaviše, u zavisnosti od n Toplotni kapacitet procesa može biti pozitivan, negativan, jednak nuli i varira od -∞ do +∞.

U C procesima<0 всегда l> q one. Za obavljanje ekspanzijskog rada, osim dovedene topline, troši se i dio unutrašnje energije plina.

Promjena unutrašnje energije politropnog procesa

Toplota koja se prenosi plinu u politropnom procesu

Promjena entalpije radnog fluida

Drugi zakon termodinamike

Prvi zakon termodinamike karakteriše procese transformacije energije sa kvantitativne strane, tj. on tvrdi da se toplota može pretvoriti u rad, a rad u toplotu, bez utvrđivanja uslova pod kojima su te transformacije moguće. Dakle, samo uspostavlja ekvivalenciju različitih oblika energije.

Drugi zakon termodinamike utvrđuje pravac i uslove za proces

Kao prvi zakon termodinamike, drugi zakon je izveden iz eksperimentalnih podataka.

Iskustvo pokazuje da do pretvaranja toplote u koristan rad može doći samo kada toplota prelazi sa zagrejanog tela na hladno, tj. kada postoji temperaturna razlika između prijenosnika topline i prijemnika topline. Moguće je promijeniti prirodni smjer prijenosa topline u suprotan smjer samo na račun rada (na primjer, u rashladnim mašinama).

Prema 2. zakonu termodinamike

Proces u kojem bi toplota spontano prelazila sa hladnih na zagrejana tela je nemoguć.

Ne može sva toplina primljena od prijenosa topline ići u rad, već samo dio. Dio toplote mora ići na hladnjak.

Dakle, stvaranje uređaja koji bi, bez naknade, u potpunosti pretvorio toplinu bilo kojeg izvora u rad, i tzv vječni motor druge vrste, nemoguće!

Reverzibilni i ireverzibilni procesi

Za svaki termodinamički sistem mogu se zamisliti dva stanja, između kojih će se odvijati dva procesa (slika 1): jedan iz prvog stanja u drugo i drugi, obrnuto, iz drugog stanja u prvo.

Prvi proces se zove direktno proces, a drugi - obrnuto

Ako nakon direktnog procesa slijedi obrnuti i termodinamički sistem se vrati u prvobitno stanje, onda se takvi procesi općenito smatraju reverzibilan.

U reverzibilnim procesima, sistem u obrnutom procesu prolazi kroz ista ravnotežna stanja kao i u naprijed procesu. U ovom slučaju ne dolazi do zaostalih pojava ni u okolini ni u samom sistemu (nema promjena parametara, obavljenog posla itd.). Kao rezultat direktnog procesa AB , a zatim obrnuto B.A. konačno stanje sistema će biti identično početnom stanju.

Na slici je prikazano postavljanje mehanički reverzibilnog procesa. Instalacija se sastoji od cilindra 1, klipa 2 sa stolom 3 i pijeska na njemu. Ispod klipa, cilindar sadrži gas, koji je pod pritiskom peska na stolu.

Da bi se stvorio reverzibilan proces, jedno zrno pijeska mora se ukloniti beskonačno polako. Tada će proces biti izotermičan, a pritisak će biti jednak vanjskom pritisku i sistem će biti stalno u ravnotežnom stanju. Ako se proces odvija u suprotnom smjeru, tj. Beskonačno polako bacajte zrnca pijeska na sto 3, tada će sistem sukcesivno proći kroz ista ravnotežna stanja i vratiti se u prvobitno stanje (ako nema trenja).

Kada se širi, radni fluid u reverzibilnom procesu proizvodi maksimalan rad.

Izobarični proces (koji se naziva i izobarski proces) je jedan od termodinamičkih procesa koji se odvija pri konstantnom pritisku. Masa gasa u sistemu takođe ostaje konstantna. Vizuelni prikaz grafa koji pokazuje izobarni proces je dat termodinamičkim dijagramom u odgovarajućem koordinatnom sistemu.

Primjeri

Najjednostavniji primjer izobarnog procesa je zagrijavanje određene količine vode u otvorenoj posudi. Drugi primjer je širenje idealnog plina u cilindričnom volumenu gdje klip ima slobodan hod. U svakom od ovih slučajeva pritisak će biti konstantan. On je jednak običnom atmosferskom pritisku, što je sasvim očigledno.

Reverzibilnost

Izobarični proces se može smatrati reverzibilnim ako se pritisak u sistemu poklapa sa vanjskim pritiskom i jednak je u svakom trenutku procesa (tj. ima konstantnu vrijednost), a temperatura se mijenja vrlo sporo. Dakle, termodinamička ravnoteža u sistemu se održava u svakom trenutku vremena. Kombinacija gore navedenih faktora nam daje priliku da izobarični proces smatramo reverzibilnim.

Da bi se izvršio izobarični proces u sistemu, toplota mora biti ili dovedena ili uklonjena. U tom slučaju, toplina se mora potrošiti na rad ekspanzije idealnog plina i na promjenu njegove unutrašnje energije. Formula koja pokazuje zavisnost veličina jedna od druge tokom izobarnog procesa naziva se Gay-Lussacov zakon. Pokazuje da je zapremina proporcionalna temperaturi. Hajde da izvedemo ovu formulu na osnovu površnog znanja.

Izvođenje Gay-Lussacovog zakona (primarno razumijevanje)

Osoba koja ima i malo znanja o molekularnoj fizici zna da mnogi problemi uključuju određene parametre. Njihova imena su pritisak gasa, zapremina gasa i temperatura gasa. U određenim slučajevima se koriste molekularna i molarna masa, količina supstance, univerzalna plinska konstanta i drugi pokazatelji. I tu postoji određena veza. Razgovarajmo detaljnije o univerzalnoj plinskoj konstanti. U slučaju da neko ne zna kako je došao.

Dobivanje univerzalne plinske konstante

Ova konstanta (konstantni broj sa određenom dimenzijom) naziva se i Mendeljejevska konstanta. Takođe je prisutan u Mendeljejev-Klapejronovoj jednačini za idealni gas. Kako je naš poznati fizičar došao do ove konstante?

Kao što znamo, jednačina idealnog gasa ima sledeći oblik: PV/T (što se izgovara kao: „proizvod pritiska i zapremine podeljen sa temperaturom“). Za univerzalnu plinsku konstantu primjenjuje se takozvani Avogadrov zakon. Kaže da ako uzmemo bilo koji plin, onda će isti broj molova na istoj temperaturi i istom pritisku zauzeti isti volumen.

Zapravo, ovo je verbalna formulacija jednadžbe stanja idealnog plina, koja je malo ranije zapisana kao formula. Ako uzmemo normalne uslove (a to je kada je temperatura gasa 273,15 Kelvina, pritisak je 1 atmosfera, odnosno 101325 Paskala, a zapremina mola gasa je 22,4 litara) i zamenimo ih u jednačinu, pomnožimo sve i podijelimo, dobivamo , da nam ukupnost takvih akcija daje brojčani pokazatelj jednak 8,31. Dimenzija je data u džulima podijeljena umnoškom mola puta Kelvina (J/mol*K).

Mendeljejev-Klapejronova jednadžba

Uzmimo jednadžbu stanja idealnog gasa i prepišimo je u novom obliku. Podsjetimo, početna jednačina ima oblik PV/T=R. Sada pomnožimo oba dijela sa indikatorom temperature. Dobijamo formulu PV(m)=RT. To jest, proizvod pritiska i zapremine jednak je proizvodu univerzalne gasne konstante i temperature.

Sada pomnožimo obje strane jednadžbe s jednim ili drugim brojem molova. Označimo njihov broj slovom, recimo, X. Tako dobijamo sljedeću formulu: PV(m)X=XRT. Ali znamo da nam proizvod V sa indeksom "m" daje rezultat jednostavno kao volumen V, a broj molova X se otkriva u obliku dijeljenja parcijalne mase sa molarnom masom, odnosno ima oblik m/M.

Dakle, konačna formula će izgledati ovako: PV=MRT/m. Ovo je ista Mendeljejev-Klapejronova jednačina, do koje su oba fizičara došla skoro istovremeno. Možemo pomnožiti desnu stranu jednačine (i u isto vrijeme podijeliti) Avogadrovim brojem. Tada dobijamo: PV = XN(a)RT/N(a). Ali proizvod broja molova Avogadrovim brojem, odnosno XN(a), ne daje nam ništa više od ukupnog broja molekula plina, označenog slovom N.

Istovremeno, količnik univerzalne plinske konstante i Avogadrovog broja – R/N(a) će dati Boltzmannu konstantu (označenu sa k). Kao rezultat, dobit ćemo još jednu formulu, ali u malo drugačijem obliku. Evo ga: PV=NkT. Možete proširiti ovu formulu i dobiti sljedeći rezultat: NkT/V=P.

Rad plina u izobarnom procesu

Kao što smo ranije saznali, izobarični proces je termodinamički proces u kojem tlak ostaje konstantan. A da bismo saznali kako će se rad odrediti tokom izobarnog procesa, morat ćemo se obratiti prvom zakonu termodinamike. Opšta formula je sljedeća: dQ = dU + dA, gdje je dQ količina toplote, dU je promjena unutrašnje energije, a dA je rad obavljen tokom termodinamičkog procesa.

Pogledajmo sada izobarni proces. Uzmimo u obzir činjenicu da pritisak ostaje konstantan. Pokušajmo sada da prepišemo prvi zakon termodinamike za izobarični proces: dQ = dU + pdV. Da biste dobili jasnu predstavu o procesu i radu, morate ga prikazati u koordinatnom sistemu. Označimo apscisu p, ordinatnu os V. Neka se volumen povećava. Na dve različite tačke sa odgovarajućom vrednošću p (fiksna, naravno), primećujemo stanja koja predstavljaju V1 (početni volumen) i V2 (konačni volumen). U ovom slučaju, graf će biti prava linija paralelna sa x-osi.

Pronalaženje posla u ovom slučaju je lakše nego ikad. To će jednostavno biti površina figure, ograničena s obje strane projekcijama na os apscise, a s treće strane ravnom linijom koja povezuje točke koje leže, redom, na početku i kraju izobarske linije. Pokušajmo izračunati vrijednost rada koristeći integral.

Izračunat će se na sljedeći način: A = p (integral od V1 do V2) dV. Proširimo integral. Nalazimo da će rad biti jednak proizvodu pritiska i razlike u zapreminama. Odnosno, formula će izgledati ovako: A = p (V2 – V1). Ako proširimo neke količine, dobićemo drugu formulu. To izgleda ovako: A = xR (T2 – T2), gdje je x količina supstance.

Univerzalna plinska konstanta i njeno značenje

Možemo reći da će posljednji izraz odrediti fizičko značenje R - univerzalne plinske konstante. Da bi bilo jasnije, pogledajmo konkretne brojke. Uzmimo jedan mol bilo koje supstance da provjerimo. U isto vrijeme neka temperaturna razlika bude 1 Kelvin. U ovom slučaju, lako je primijetiti da će rad plina biti jednak univerzalnoj plinskoj konstanti (ili obrnuto).

Zaključak

Ova činjenica se može predstaviti u malo drugačijem svjetlu preformulacijom formulacije. Na primjer, univerzalna plinska konstanta bit će numerički jednaka radu obavljenom u izobaričnom širenju jednog mola idealnog plina ako se zagrije za jedan Kelvin. Proračun rada za druge izoprocese bit će nešto teži, ali glavna stvar je primijeniti logiku. Tada će sve brzo doći na svoje mjesto, a izvođenje formule bit će lakše nego što mislite.

Izohorni proces

Izohorični proces se dešava pri konstantnoj zapremini. Ovisnost pritiska o temperaturi opisana je jednadžbom:

- Charlesov zakon, (2)

koji glasi: za datu masu gasa pri konstantnoj zapremini, pritisak gasa raste linearno sa povećanjem temperature .

Izobarski proces

Izobarski proces. Ovo je proces koji se odvija pod stalnim pritiskom, R = konst.

Ovisnost zapremine od temperature opisana je zakonom:

- Gay-Lusac zakon, (3)

koji glasi: za datu masu gasa pri konstantnom pritisku, zapremina gasa raste linearno sa porastom temperature .

Adijabatski proces

Adijabatski proces je proces koji se odvija bez razmene toplote sa okolinom ( dQ= 0). Opisuje se Poissonovom jednačinom:

, (4)

gdje je  konstanta adijabatskog procesa. Konstanta adijabatskog procesa je:

. (5)

Tokom adijabatskog procesa, svi parametri gasa se menjaju: pritisak, zapremina i temperatura.

2. Toplotni kapacitet gasa

Količina toplote dQ, saopćeno tijelu kada se zagrije jednako

,

Gdje With - specifični toplotni kapacitet supstance, jednak količini toplote koja je data jedinici mase supstance da bi se zagrejala za jedan stepen.

Pored specifičnog toplotnog kapaciteta, uvodi se i pojam molarnog toplotnog kapaciteta. Molarni toplotni kapacitet WITH- jednaka količini toplote koja je data jednom molu supstance da se zagreje za jedan stepen.

Molarni i specifični toplotni kapaciteti su međusobno povezani odnosom:

C =  sa, (6)

Gdje WITH- molarni toplotni kapacitet,  - molarna masa.

Plin se može zagrijati pri konstantnom pritisku i konstantnoj zapremini, stoga se za plin uvode dva toplotna kapaciteta: izobarični i izohorični. Molarni izobarični i molarni izohorični toplinski kapaciteti plina povezani su s odgovarajućim odnosima:

;

.

Ovo pokazuje da je odnos molarnih toplotnih kapaciteta gasa jednak omjeru specifičnih toplotnih kapaciteta

.

Količina toplote koja je data 1 molu gasa tokom izohoričnog procesa jednaka je:

i u izobarnom procesu

3Prvi zakon termodinamike

Količina toplote dQ, saopšteno termodinamičkom sistemu, troši se na povećanje njegove unutrašnje energije dU i na posao dA sistema protiv spoljnih sila.

dQ = dU + dA . (9)

Unutrašnja energija U- ukupna energija svih molekula u gasu za idealan gas - kinetička energija rotacionog i translacionog kretanja. Za jedan mol plina određuje se izraz

. (10)

Rad koji izvrši gas je jednak

dA= pdV . (11)

Gdje dV- promjena njegovog volumena.

Primjena prvog zakona termodinamike Izotermni proces

Tokom ovog procesa temperatura ostaje konstantna ( T=konst) IN u ovom slučaju dT=0 i unutrašnja energija se ne mijenja dU=0 dQ= dA, one. svu dovedenu toplinu troši plin za obavljanje rada protiv vanjskih sila.

Izohorni proces

Za izohorični proces, V=const, dV=0 i dA=0. One. tokom ovog procesa se ne radi, jer jačina zvuka se ne menja. Tada će biti zabilježen 1 početak :

dQ= dU.

One. količina toplote se troši za promjenu unutrašnje energije. Ali po definiciji

(za 1 mol). dakle,

.

Iz ove formule jasno je da je promjena unutrašnje energije plina određena samo promjenom njegove temperature. Toplotni kapacitet pri konstantnoj zapremini (izohorni toplotni kapacitet) je jednak:

Izobarski proces

Termodinamički proces u kojem se tlak ne mijenja naziva se izobarski.

U izobaričnom procesu With n = c str .. Za ovaj proces politropni indeks n= 0.

Izohorni proces

Termodinamički proces u kojem se specifična zapremina ne mijenja naziva se izohorični.

U izohoričnom procesu With n = c v . Ovaj proces se dešava kada n= .

Izotermni proces

Termodinamički proces u kojem se temperatura ne mijenja naziva se izotermnim.

U izotermnom procesu With n = c T = . U izotermnom procesu, politropni indeks n= 1.

Adijabatski proces

Termodinamički proces koji se odvija bez razmjene topline sa okolinom naziva se adijabatskim.

U adijabatskom procesu With n = c q = , zatim politropni indeks n= k. Ovdje preko To označava odnos toplotnog kapaciteta pri konstantnom pritisku i toplotnog kapaciteta pri konstantnoj zapremini, tj k =. Ovaj omjer u termodinamici naziva se adijabatski eksponent.

Adijabatska jednadžba ima oblik:

strvTo= konst.

Vlažan vazduh

Mešavina suvog vazduha i vodene pare naziva se vlažan vazduh.

Apsolutna vlažnost

Apsolutna vlažnost se odnosi na masu vodene pare sadržanu u jednom kubnom metru vlažnog vazduha.

Iz definicije proizilazi da je apsolutna vlažnost gustina pare u vlažnom vazduhu, tj. = Jedinica mjere za apsolutnu vlažnost je kilogram po kubnom metru (kg/m3).

Relativna vlažnost

Zove se omjer stvarne vrijednosti apsolutne vlažnosti i njene maksimalne moguće vrijednosti pri istoj temperaturi

relativna vlažnost.

Relativna vlažnost se označava sa: ili =.

Sadržaj vlage

Masa vodene pare na 1 kg suvog vazduha se naziva

Označite sadržaj vlage kroz d, mjereno u g/kg. Iz definicije

cija slijedi: d=

Stepen suhoće

Maseni udio suve pare u mokroj pari naziva se stepen suvoće.

Označite stepen suvoće x i izračunaj kao x= m c / m,

Gdje m c– masa suve pare; m– masa vlažne pare.

Prigušivanje

Prigušivanje je proces smanjenja pritiska u gasu

protok uz savladavanje lokalnog otpora (primjeri lokalnih otpora: slavina, ventil, zasun, kapilarna cijev).

Efekat gasa

Omjer beskonačno male promjene temperature i beskonačno male promjene tlaka tokom prigušivanja naziva se prigušivanje

efekat.

Ova relacija se označava sa , zatim =

Eksperimenti Joulea i Thomsona pokazali su da za pravi plin može promijeniti predznak: biti manji od nule, jednak nuli ili veći od nule.

Temperatura inverzije

Promjena predznaka efekta prigušivanja naziva se inverzija, a temperatura na kojoj= 0 , naziva se temperatura inverzije. Određeno je T inv .

Carnot toplotni motor

Egzotični toplotni motor koji ima najveću moguću vrijednost toplinske efikasnosti zbog činjenice da se toplina dovodi i odvodi tijekom izotermnog procesa, a kompresija i ekspanzija radnog fluida se odvija u adijabatskom procesu.

Toplotni motor

Toplotni motor je mašina koja koristi toplinu za proizvodnju mehaničkog rada.

Motor sa unutrašnjim sagorevanjem

Toplotni motor u kome se hemijska energija goriva pretvara u toplotu unutar ekspanzione mašine naziva se motor sa unutrašnjim sagorevanjem (ICE).

Izohorični motor sa unutrašnjim sagorevanjem

Izohorični je motor sa unutrašnjim sagorevanjem u kojem se sagorevanje goriva odvija pri konstantnoj zapremini, a za obavljanje rada koristi se klipna mašina.

Izobarični motor sa unutrašnjim sagorevanjem

Izobarični motor sa unutrašnjim sagorevanjem je onaj kod koga se sagorevanje goriva odvija pri konstantnom pritisku, a za obavljanje rada koristi se klipna mašina.

Gasnoturbinski motor

Gasnoturbinski motor se odnosi na motor s unutrašnjim sagorijevanjem u kojem se sagorijevanje goriva vrši, u većini slučajeva, u izobaričnom procesu, a plinska turbina se koristi kao ekspanziona mašina.

Turbomlazni motor

Turbomlazni motor se odnosi na motor sa unutrašnjim sagorevanjem u kome se sagoreva

ekspanzija goriva se vrši u izobaričnom procesu, a kao ekspanziona mašina se koriste gasna turbina i mlaznica.

Omjer kompresije

Pod omjerom kompresije kod klipnih motora s unutarnjim sagorijevanjem podrazumijeva se omjer ukupne zapremine cilindra i zapremine komore za sagorevanje.

Označava stepen kompresije .

Stopa povećanja pritiska

Odnos konačnog i početnog pritiska tokom procesa kompresije odvojeno u fazi (ili u kompresoru u celini) naziva se odnos povećanja pritiska, označava st ,to je st = str con. /R početak .

Volumenski protok kompresora

Pod volumetrijskim protokom podrazumijevamo broj kubnih metara plina koji izlazi iz kompresora u jedinici vremena i svede se na tlak i temperaturu na ulazu u kompresor. Označava protok kompresora i izražava se u m3 /Sa.

Mašina za hlađenje

Mašina koja vrši veštačko hlađenje koristeći pod-

energija koja se isporučuje naziva se rashladna mašina.

Rashladno sredstvo

Rashladno sredstvo je radni fluid rashladne mašine.

Efekat hlađenja

Efekat hlađenja je količina toplote (q 2 ), oduzeto sa

hlađeni predmet sa jednim kilogramom rashladnog sredstva.

Kapacitet hlađenja

Količina toplote koja se odvodi od ohlađenog predmeta u jedinici vremena naziva se kapacitet hlađenja. Označava kapacitet hlađenja N x , izraženo u vatima (W).

Za utvrđivanje N x koristite izraz:

N x = q 2 ,

Gdje q 2 – efekat hlađenja ;

– drugi maseni protok rashladnog sredstva.

Koeficijent performansi

Koeficijent performansi utvrđuje energetsku efikasnost rashladnih jedinica i numerički je jednak omjeru količine topline odvedene iz hlađenog tijela i količine energije utrošene na hlađenje.

Označiti koeficijent hlađenja, iz definicije =.

2. Teorija prijenosa topline

Izmjena topline

Izmjena topline – ovo je spontani ireverzibilni proces prenosa toplote u prostoru sa neujednačenim temperaturnim poljem.

Temperaturno polje

Temperaturno polje je skup temperaturnih vrijednosti u svim tačkama prostora koji se razmatra u nekom fiksnom trenutku u vremenu.

Gradijent temperature

Temperaturni gradijent je vektor usmjeren normalno na izotermnu površinu u smjeru povećanja temperature i numerički jednak derivatu frekvencije temperature normalne na površinu.

detalji:

Toplotni tok

Količina topline koja u jedinici vremena prolazi kroz izotermu

icna površina se zovetoplotni tok.

Toplotni tok se označava jedinicom vata (W).

Gustina toplotnog fluksa

Toplotni tok po jedinici površine naziva se gustina toplotnog fluksa.

Označite gustinu toplotnog toka , izraženo u vatima po kvadratnom metru (W/m2). Iz definicije:

Toplotna provodljivost

Izmjena topline kroz toplinsko kretanje mikrostrukturnih čestica materije (molekula, atoma, elektrona, jona) u određenom okruženju naziva se toplotna provodljivost.

Zakon provodljivosti toplote

Toplotni tok koji prolazi kroz izotermni površinski element

ness dF, proporcionalno gradT:

= qrad T dF .

Pošto su pravci toka toplote i temperaturni gradijent suprotni, iza znaka jednakosti u izrazu se stavlja minus. Vrijednost koeficijenta proporcionalnosti naziva se koeficijent toplinske provodljivosti.

Koeficijent toplotne provodljivosti

Koeficijent toplinske provodljivosti je vrijednost koja karakterizira svojstva provodljivosti topline materijala. OznakacMjerna jedinica je vat po metru kelvina (W/(m  TO)).

Brojčana vrijednost koeficijenta toplinske provodljivosti određuje količinu

kvalitet topline koja prolazi kroz jedinicu izotermne površine u jedinici vremena, pod uslovom da je grad T = 1.

Diferencijalna toplotna jednačina

Diferencijalna jednadžba toplotne provodljivosti za trodimenzionalnu

nestacionarnog temperaturnog polja naziva se jednadžba oblika:

gdje je T temperatura;

–vrijeme;

a – koeficijent toplotne difuzivnosti;

x, y, z– koordinate.

Ova jednadžba općenito uspostavlja vezu između vremenskih i prostornih promjena temperature u bilo kojoj tački tijela.

Koeficijent toplinske difuzije

Koeficijent termičke difuzije je vrijednost koja karakterizira brzinu širenja izotermnih površina u nestacionarnim toplinskim procesima.

Označava koeficijent toplinske difuzivnosti a i izražava se u kvadratnim metrima u sekundi (m2/s).

Za izračunavanje vrijednosti koeficijenta toplinske difuzivnosti koristi se izraz a =

Konvekcija

Ispodkonvekcija (od lat. uvjerenje– kretanje, isporuka) razumjeti razmjenu topline koju vrše makroskopski elementi tečnog ili plinovitog medija kada se kreću.

Konvektivni prijenos topline

Prijenos topline u rashladnoj tekućini konvekcijom i toplinskom provodljivošću naziva se konvektivni prijenos topline.

Odvođenje topline

Konvektivna izmjena topline između rashladne tekućine i površine tijela koja teče oko njega naziva seprijenos topline.

Osnovni zakon prenosa toplote

Gustina toplotnog toka proporcionalna je temperaturnoj razlici:

gdje je koeficijent proporcionalnosti, nazvan koeficijent

prijenos topline;

temperaturna razlika jednaka temperaturnoj razlici između rashladnog sredstva i površine.

Koeficijent prijenosa topline

Koeficijent prolaza toplote karakteriše intenzitet konvektivne razmene toplote na interfejsu rashladne tečnosti i zida.

Označava koeficijent prijenosa topline i izražava se u vatima po kvadratnom metru-kelvinu. ( W/(m2 K)). Numerički, koeficijent prijenosa topline jednak je toplinskom fluksu po jedinici površine u jedinici vremena pri temperaturnom pritisku jednakom jedinici.

Jednačina diferencijalnog prijenosa topline

Diferencijalna jednačina prijenosa topline je izraz

tip:

Teorija toplinske sličnosti

Teorija toplinske sličnosti je sistem koncepata i pravila koji pružaju mogućnost prijenosa rezultata eksperimenata za određivanje koeficijenata prijenosa topline s jednog objekta na drugi.

Teorija toplotne sličnosti omogućava da se, bez integracije diferencijalnih jednadžbi koje opisuju prenos toplote, iz njih dobiju kriterijumi sličnosti i da se, koristeći eksperimentalne podatke, utvrde kriterijumske zavisnosti za određivanje procesa prenosa toplote u svim eksperimentalno sličnim procesima.

Kriteriji termičke sličnosti

Kriterijumi termičke sličnosti shvataju se kao bezdimenzionalni kompleksi sastavljeni od određenih kombinacija veličina koje opisuju određeni proces prenosa toplote.

U većini zadataka za određivanje koeficijenta prijenosa topline koriste se sljedeći kriteriji toplinske sličnosti:

Nuseltov kriterijum, Nu= ,

gdje je α koeficijent prijelaza topline,

l

λ – koeficijent toplotne provodljivosti.

Nusseltov kriterij karakterizira razmjenu topline na granici zid-rashladno sredstvo i uspostavlja numerički odnos između intenziteta prijenosa topline i toplinske provodljivosti (λ/l) rashladna tečnost.

Reynoldsov kriterijum, Re= ,

Gdje c– brzina rashladne tečnosti;

l– karakteristična geometrijska veličina;