Шпаргалка по "Термодинамика"

"Термодинамика"  и "Теплопередача".

Список вопросов:

1. Термодинамика. Метод и законы. Основные понятия и определения термодинамики.
2. Параметры состояния и уравнения состояния. Отличия между идеальным и реальным газом.
3. Термодинамическая и потенциальная работы."P-v" координаты.
4. Теплоемкость. Определение теплоемкости веществ.
5. Диаграмма фазовых состояний. Критические параметры.
6. Расчет характеристик смеси.
7. Смеси идеальных и реальных газов.
8. Математическое выражение первого начала термодинамики.
9. Первое начало термодинамики по внешнему балансу и балансу рабочего тела.
10. Первое начало термодинамики в аналитической форме.
11. Первое начало термодинамики для идеального газа.
12. Принцип существования энтропии идеального газа.
13. Процессы изменения состояния (изобара, изохора, изотерма и адиабата) в "P-v" и "T-s" координатах.
14. Политропа с постоянным и переменным показателем. Показатели политропы.
15. Работа в термодинамических процессах простых тел.
16. Теплообмен в термодинамических процессах простых тел.
17. Процессы изменения состояния идеальных газов.
18. Работа и теплообмен в политропных процессах идеальных газов.
19. Круговые процессы. КПД и холодильный коэффициент.
20. Обратимый цикл Карно. КПД и холодильный коэффициент.
21. Математическое выражение второго начала термостатики.
22. Следствия второго начала термостатики. "T-s" координаты.
23. Математическое выражение второго начала термодинамики.
24. Пары. Процессы парообразования в "P-v" и "T-s" координатах. Д.У. парообразования.
25. Определение параметров влажного насыщенного и перегретого пара.
26. Диаграммы состояния для паров.
27. Истечение жидкостей и газов. Основные расчетные соотношения.
28. Истечение несжимаемой жидкости.
29. Особенности истечения сжимаемой жидкости. Кризис истечения.
30. Режимы истечения. Форма сопла.
31. Дросселирование. Эффект Джоуля-Томсона. Основные понятия.
32. Теплопередача. Основные формы передачи теплоты и законы.
33. Теплопроводность. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности.
34. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Условия однозначности.
35. Теплопроводность через однослойные стенки.
36. Теплопроводность через многослойные стенки.
37. Теплопередача через плоские стенки.
38. Теплопередача через криволинейные стенки.
39. Критический диаметр трубопровода.
40. Интенсификация процессов теплопередачи.
41. Теплоотдача. Закон Ньютона-Рихмана. Коэффициент теплоотдачи.
42. Дифференциальные уравнения конвективного теплообмена. Основные понятия.
43. Понятия о теории подобия.
44. Понятия о методе анализа размерности.
45. Уравнения подобия конвективного теплообмена. Общий и частные случаи.
46. Теплоотдача при движении жидкости в трубе.
47. Теплоотдача при движении жидкости поперек трубы и пучка труб.
48. Теплообмен при свободном движении жидкости.
49. Особенности теплообмена в узких щелях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос № 1.Метод и законы.

Теоретической основой теплотехники являются термодинамика и теплопередача.

Термодинамика - наука, изучающая законы превращения энергии и особенности процессов этих превращений.

В основу термодинамики  положены основные законы или начала.

1НТ характеризует собой количественное выражение закона сохранения и превращения энергии: «энергия изолированной системы при всех изменениях происходящих в системе сохраняет постоянную величину».

2НТ характеризует качественную сторону и направленность процессов, происходящих в системе. Второе начало термодинамики отражает принципы существования абсолютной температуры и энтропии, как функций состояния, и возрастания энтропии изолированной термодинамической системы. Важнейшим следствием второго начала является утверждение о невозможности осуществления полных превращений теплоты в работу.

3НТ (закон Нерста) гласит о том, что при абсолютном нуле температур все равновесные процессы происходят без изменения энтропии.

Метод термодинамики  заключается в строгом математическом развитии исходных постулатов и основных законов, полученных на основе обобщения общечеловеческого опыта познания природы и допускающих прямую проверку этих положений во всех областях знаний

Система–тело или совокупность тел, нах-ся в мех.и тепл.взаимодействии

Системы делятся на закрытые и открытые системы.

Закрытая  система–система, в которой количество вещества остаётся постоянным при всех происходящих в ней изменениях.

Закрытые системы делятся на изолированные и неизолированные системы.

Изолированная система – система, у которой нет энергетического взаимодействия с внешней средой.

Гомогенная - система, состоящая из одной фазы вещества или веществ.

Однородная - гомогенная система, неподверженная действию гравитационных, электромагнитных и других сил и имеющая во всех своих частях одинаковые свойства.

 Гетерогенная - система, состоящая из нескольких гомогенных частей (фаз), отделенных поверхностью раздела.

Равновесным состоянием системы-состояние системы, которое может существовать сколь угодно долго при отсутствии внешнего воздействия.

Термодинамическая система – объект изучения термодинамики – система, внутреннее состояние которой может быть описано независимых переменных, которые называются параметрами состояния.

Простое тело – тело, у которого два параметра состояния.

Идеальный газ – тело, у которого один параметр состояния.

Вопрос №2.

Параметры состояния - физические величины, характеризующие внутреннее состояние термодинамической системы. Параметры состояния термодинамической системы подразделяются на два класса: интенсивные и экстенсивные.

Интенсивные свойства не зависят от массы системы, а экстенсивные - пропорциональны массе.

Термодинамическими параметрами состояния называются интенсивные параметры, характеризующие состояние системы.

Простейшие параметры:

1. - абсолютное давление- численно равно силе F, действующей на единицу площади f  поверхности тела ┴ к последней, Па=Н/м²

2. - удельный объём-это объем единицы массы вещества.

3. Температура есть единственная функция состояния термодинамической системы, определяющая направление самопроизвольного теплообмена между телами.

Уравнение состояния для простого тела- .

Термодинамический процесс – непрерывная последовательность равновесных состояний.

Уравнение термодинамического процесса – уравнение вида .

Внутренняя  энергия – полный запас энергии, определяемый внутренним состоянием. .

Удельная энергия - , .

Элементарное  изменение внутренней энергии - .

Количество теплоты - , .

Удельная теплота - , .

Элементарное количество теплоты - .

Теплообмен – процесс передачи энергии путём передачи теплоты.

Термодинамическая работа – работа, вызванная изменением объёма, .

Удельная работа - .

 

 

 

 

 

 

Вопрос №3.

Термодинамич.работа: , где - обобщённая сила, - координата.

Удельная работа: , , где - масса.

Если  и , то идёт процесс расширения работа положительная. Если и , то идёт процесс сжатия работа отрицательная.

Если рассматривать малое изменение  объёма, то давление при этом изменении  практически не изменяется.

Полную термодинамическую работу можно найти по формуле: .

1. В случае если , то .
2. В случае если дано уравнение процесса - , то работа распределяется на две части: , где - эффективная работа, - необратимые потери, при этом - теплота внутреннего теплообмена, то есть необратимые потери превращаются в теплоту.

Потенциальная работа – работа, вызываемая изменением давления.

Если  и , то идёт процесс расширения. Если и , то идёт процесс сжатия.

Если рассматривать малое изменение давления, то объём при этом изменении практически не изменяется.

Полную потенциальную работу можно  найти по формуле: .

1. В случае если , то .
2. В случае если дано уравнение процесса - , то .

, где  - работа, переданная внешним системам.

,с_E-скорость движения тела,dz-изменение высоты центра тяжести тела в поле тяготения

Вопрос №4  Теплоёмкость.

теплоёмкость –количество тепла,которое надо сообщить еденице массы,количества или объема вещества,чтобы его температура повысилась на 1 градус.

Истинная теплоемкость: , где - какой-то процесс. . При изохорном процессе , следовательно, получаем изохорную теплоёмкость - . При изобарном процессе , следовательно, получаем изобарную теплоёмкость .

Объёмная теплоёмкость :

• Объемная изобарная теплоёмкость - .
• Объёмная изохорная теплоёмкость - .

Молярная теплоёмкость :

• Молярная изобарная теплоёмкость - .
• Молярная изохорная теплоёмкость - .

Средняя теплоёмкость .

-первая сред.теплоемкость-численно  равна истинной теплоемкоти при среднеарифм.температуре процесса.

 

 

Вопрос №5

Первое начало термодинамики – это количественное выражение закона сохранения и превращения энергии.

Закон сохранения и превращения  энергии является универсальным  законом природы и применим ко всем явлениям. Он гласит: «запас энергии изолированной системы остается неизменным при любых происходящих в системе процессах; энергия не уничтожается и не создается, а только переходит из одного вида в другой».

 

Математическое выражение  первого начала термодинамики.

Внутренняя энергия изолированной системы сохраняет своё постоянное значение при всех изменениях, протекающих внутри системы, то есть . Изменение внутренней энергии неизолированной системы складывается из подведённой (отведённой) теплоты и подведённой (отведённой) работы, то есть .

Первое начало термодинамики по внешнему балансу: , где - теплота внешнего теплообмена, то есть количество теплоты, которая подводится из вне, - эффективная работа, то есть термодинамическая работа без учёта работы эффективных потерь. Первое начало термодинамики по внешнему балансу справедливо для обратимых процессов.

В термодинамике приняты  следущие знаки при определении работы и теплоты в уравнениях первого начала термодинамики: если работа выполняется телом, то она положительная; если работа подводится к телу, то она отрицательная. Если теплота сообщается телу, она имеет положительное значение; если теплота отводится от тела, она имеет отрицательное значение.

 

 

Вопрос №6

Первое начало термодинамики  по балансу рабочего тела: , где - полный или приведённый теплообмен. Полное количество теплоты , полученное телом, равно сумме теплоты, подведенной извне , и теплоты внутреннего теплообмена

Первое начало термодинамики  по балансу рабочего тела справедливо  для любых процессов протекающих в системе.

В условиях обратимого процесса, то есть , первое начало термодинамики по балансу рабочего тела переходит в первое начало термодинамики по внешнему балансу. Для использования этого уравнения нужно уметь его интегрировать. При интегрировании получится: для необратимых процессов и для обратимых процессов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос №7.

Аналитическое выражение  первого начала термодинамики

Значения удельных внутренней энергии  и энтальпии простого тела однозначно определяются двумя независимыми переменными и могут быть представлены следующим образом:

 

;                                                 

 

.                                                

 

Изменения внутренней энергии и  энтальпии простого тела, как функций  состояния, в элементарных процессах  являются полными дифференциалами  и определяются соотношениями

 

;                        (1)

.                        (2)

 

Для изохорного процесса ( ) частная производная внутренней энергии по температуре равна истинной изохорной теплоемкости

 

,                                                  (3)

 

а для изобарного процесса ( ) частная производная энтальпии по температуре равна истинной изобарной теплоемкости

 

.                                                  (4)

 

В результате подстановки  выражений (1) и (2) в уравнение и разделения переменных получим:

 

.                (5)

 

Данное соотношение (5) называется первым началом термодинамики для простых тел в аналитической форме.

 

Вопрос №8

Первое начало термодинамики для  идеального газа.

Идеальный газ – система, которая подчиняется уравнению Менделеева-Клаперона: и внутренняя энергия системы зависит только от температуры .