ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Работа и теплота для систем постоянного состава из "Термодинамика многокомпонентных систем" Понятия работы и теплоты и их связь с изменением состояния системы имеют большое значение для понимания и приложения методов термодинамики. Этим понятиям необходимо дать четкие определения, в строгом соответствии с которыми их надлежит использовать в дальнейшем. Сформулированные здесь определения выбраны только для рассматриваемого нами круга вопросов и отнюдь не универсальны. При последуюш ем обсуждении необходимо достичь ясного понимания и точного применения этих определений. [c.44] Обмен энергией между окружающей средой и системой осуществляется различным образом. В настоящей работе рассмотрены только механическая и тепловая формы превращения энергии. Механическая форма проявляется как результат действия силы на некотором интервале пути. Теплоперенос обусловлен температурным перепадом. Другие возможные превращения энергии здесь не рассматриваются. [c.44] При изучении термодинамических процессов полезно условно представить систему и ее границы, а также ее связь с окружающей средой, применяя способ, предложенный в гл. 1. Рассмотрим систему, представленную на рис. 3.1. Участок B D границы принимается жестким и неподвижным. Отрезок BD, однако, может двигаться как поршень. В любом реальном процессе движение BD сопровождалось бы эффектом трения в точках В vl D, в которых происходит относительное движение. Трение может быть как значительной, так и (в идеальном случае) бесконечно малой или равной нулю величиной. [c.44] При формальной характеристике системы считают, что трение происходит только на границе. [c.44] Величина %Jdx называется трением и обо- р с. 3.1. движение гра-значается символом /. Трение в уравнении Ч системы. [c.45] В уравнении (3.02) первый член представляет собой энергию, замеренную внутри системы, второй — энергию, локализованную на границе, и третий — энергию, замеренную в окружающей среде. При термодинамическом анализе наибольший интерес представляет определение энергии, сообщаемой системе окружающей средой или передаваемой системой окружающей среде поэтому величина в уравнении (3.02) для системы постоянного веса, названная работой, имеет особое значение. Работа для системы постоянного веса и состава определяется как суммарный механический переход энергии в окружающую среду от границы системы. Она имеет положительный знак при переходе энергии в окружающую среду и отрицательный при переходе энергии от окружающей среды к границе. Это определение в дальнейшем будет распространено на системы переменного веса. [c.45] Знак / всегда положительный и не зависит от знака двух других членов, ибо трение противодействует движению независимо от того, в каком направлении движется участок границы. [c.45] Интегральный член представлен посредством криволинейного интеграла, потому что связь между и 7 не определена и полностью зависит от того пути, по которому следует система в процессе изменения состояния. Член / также зависит от конкретного способа реализации процесса. Следовательно, и W зависит от пути процесса между начальным и конечным состояниями системы, а не только от самих предельных состояний. [c.46] Для систем единичного веса те = 1. [c.46] если уравнение (3.07) является полным дифференциалом, значение второй производной не зависит от порядка дифференцирования следовательно, д 1дТ)р должно быть равно нулю, что в действительности не выполняется, и поэтому ни правая, ни левая части уравнения не являются полными дифференциалами. [c.46] Так как между любыми двумя конечными состояниями существует бесконечное число путей изменения, имеется также бесчисленное множество значений суммы W I. Чтобы получить определенную величину этой суммы, необходима дальнейшая конкретизация характера процесса. [c.47] Для распространения вышеприведенных положений на так называемые открытые системы, характеризующиеся массопереносом через границы в процессе изменения состояния, данное ранее определение понятия работы следует изменить [4]. Механический ввод вещества в систему требует затраты дополнительной энергии. Поскольку эта энергия оказывает влияние на общий баланс механической энергии между системой и окружающей средой, она становится частью работы для данного процесса. [c.47] Согласно первому равенству уравнения (3.18) работа для системы переменного веса определяется как общее количество энергии, механически передаваемой от границы системы в окружающую среду в результате изменений объема и количества вещества системы. [c.48] Очевидно, для системы постоянного веса уравнение (3.28) сводится к гi = 0. [c.49] Полезно помнить, что если в уравнениях (3.04) — (3.21) W VI I фигурируют отдельно, диапазон применимости уравнения четко не определен. В общем случае в уравнениях присутствуют обе эти величины. [c.50] Хотя в реальных условиях трудно себе представить механически обратимый процесс, в ходе которого происходит изменение общего объема системы, все же эффект трения можно настолько снизить, что обратимость может быть почти достигнута. Тем не менее в большинстве реальных случаев изменения общего объема влияние трения весьма ощутимо и часто является важной составной частью баланса энергии нри анализе процесса. [c.50] При последующем изложении под теплотой понимается энергия, передаваемая из окружающей среды к границе системы под действием температурного перепада. Подобно работе, теплота замеряется только в окружающей среде и лишь косвенно относится к явлениям, происходящим внутри системы. Принято считать, что знаки теплоты и работы противоположны. Теплота имеет положительный знак, когда энергия передается от окружающей среды, а работа — когда энергия передается в окружающую среду. Это допущение, видимо, связано с ранними работами по термодинамике теплового двигателя, получающего энергию из окружающей среды в форме теплоты и передающего ее в окружающую среду в виде работы. [c.50] При оценке эффектов теплопереноса удобно пользоваться величинами, названными теплоемкостями они являются интенсивными свойствами системы и зависят от состояния системы и природы вхо-дяш,его в ее состав веш,ества. Величина теплоемкости является, однако, характеристикой данного вещества в конкретном состоянии. Для системы единичного веса теплоемкость при постоянном давлении определяется суммой теплоты и трения, приходящейся на единицу бесконечно малого изменения температуры. [c.51] Термин скрытая используется для обозначения изотермического характера величины. Для механически обратимых (без трения) процессов / в уравнениях (3.31) и (3.32) равно нулю. [c.51] Аналогично интегрируется уравнение (3.34). [c.52] Вернуться к основной статье