ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Понижение температуры газов при расширении из "получение кислорода Издание 4" Термодинамикой называется наука, изучающая закономерности теплового движения и его влияние на свойства физических тел. Одна из главных задач термодинамики—и з у ч е-ние процессов взаимного превращения теплоты и механической работы. [c.40] Сообщаемая газу теплота расходуется (рис. 4) на 1) увеличение внутренней энергии газа, 2) выполнение внешней работы расширения, 3) увеличение внешней кинетической энергии. [c.41] Теплота, расходуемая на выполнение внешней работы при преодолении сопротивлений, препятствующих расширению газа, используется, например, для перемещения поршня двигателя, вращения колеса турбины и т. п. [c.41] Теплота, затрачиваемая на увеличение внешней кинетической энергии газа (увеличение скорости его движения), играет основную роль в работе турбомашин и реактивных двигателей. [c.41] Первый закон термодинамики гласит, что теплота и механическая работа могут превращаться друг в друга в эквивалентных количествах. [c.42] Между теплотой и механической работой существует точное количественное соотношение, впервые установленное опытами Р. Майера и несколько позднее—Джоуля 1 ккал= А27 кгс-м эта величина называется механическим эквивалентом теплоты. [c.42] Обратно 1 кгс-м работы= 1/427 ккал-, эта величина называется тепловым эквивалентом работы. [c.42] В Международной системе единиц джоуль принят в качестве единицы для измерения количества теплоты, работы и энергии. Поэтому при пользовании единицами СИ не приходится пересчитывать (на основе механического эквивалента теплоты и теплового эквивалента работы) теплоту в механическую работу и обратно, что значительно упрощает технические расчеты и является одним из преимуществ международной системы единиц (СИ). [c.42] Энтальпия (теплосодержание). Если газ или пар нагревается при постоянном давлении, то вся получаемая веществом теплота расходуется только на изменение его энтальпии. Энтальпией или теплосодержанием в термодинамике принято называть то количество энергии тепловой или механической), которое нужно сообщить 1 кг газа, пара или жидкости для того, чтобы при постоянном давлении нагреть его до данной температуры, начиная с какого-то исходного теплового состояния. В условном начальном состоянии энтальпию кипящей при данном давлении жидкости считают равной нулю. Расчеты проводят всегда с разностью энтальпий, поэтому начальное состояние принята произвольно и не имеет практического значения. Энтальпия обозначается латинской буквой I и выражается в ккал/кг. Энтальпия зависит от свойств вещества и поэтому различна для разных газов и паров. Величину изменения энтальпии данного газа можно определить, умножив его теплоемкость Ср при постоянном давлении на разность между начальной и конечной температурами. Пользоваться величиной энтальпии удобно при ироведенрш тепловых расчетов. [c.42] Пример 3. Определить количество теплоты, которое нужно отнять от сжатого воздуха в холодильнике компрессора, чтобы охладить его с +150°С при 15 кгс/см до +20 °С при том же давлении. Количество охлаждаемого воздуха 900 кг/ч. [c.43] Второй закон термодинамики. Энтропия. Первый закон термодинамики, являющийся выражением закона сохранения энергии, устанавливает только количественные соотношения при превращениях теплоты в работу и обратно он не рассматривает условия, при которых возможно превращение одного вида энергии в другой. Эти условия вытекают из второго закона термодинамики, одна из формулировок которого (данная Клаузиусом в 1850 г.) гласит теплота не может переходить сама собою от более холодного тела к более нагретому. Другими словами, самопроизвольно, без затраты работы теплота может переходить только от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Для передачи теплоты от более холодного тела к более теплому необходимо затратить работу. [c.43] Превращение теплоты в работу возможно только при наличии перепада температур между двумя телами, одно из которых является в этом случае холодильником, получающим часть теплоты от более нагретого тела. Если рабочие тела имеют одинаковую температуру, то осуществление процесса превращения теплоты в работу невозможно. [c.43] По этой причине все применяемые в технике машины-двигатели работают с использованием высокотемпературных процессов выделения теплоты (сжигания топлива, ядерных реакций), когда температура рабочего вещества значительно превышает температуру вещества-холодильника (например, охлаждающей воды). [c.43] Этим же обусловлены те трудности, которые не позволяют эффективно использовать в технике огромные запасы тепла воды морей и океанов ввиду отсутствия веществ-холодильников с достаточно низкой температурой. [c.44] При замкнутых (круговых) процессах или циклах (см. стр. 58) одно тело всегда получает теплоту и его энтропия увеличивается, а второе тело отдает теплоту и его энтропия уменьшается. В полностью обратимых процессах, при которых вещество проходит все изменения своего состояния как в прямом, так и в обратном направлении, энтропия остается постоянной. Если же в изолированной системе протекает реально осуществляемый тепловой процесс, то энтропия системы возрастает. Это указывает на некоторое рассеяние теплоты в действительных процессах, что связано с их необратимостью. [c.44] Для перевода ккал кг в ккал кмоль нужно умножить значение ккал1кг на молекулярную массу данного газа или смеси. [c.45] Горизонтальные прямые на диаграмме соответствуют процессам, протекающим при постоянной температуре. Такие процессы называются изотермическими, а линии, изображающие процессы на диаграмме,—изотермами. [c.45] Вертикальные прямые на диаграмме соответствуют обратимым процессам, протекающим при неизменной энтропии, когда теплота не подводится к телу и не отнимается от него такие процессы называются изоэнтропийными или адиабатическими, а вертикальные линии на диаграмме—адиабатами. [c.45] Кривые линии, идущие на диаграмме сверху вниз, соответствуют процессам при постоянном давлении и называются изобарами. Кривые постоянной энтальпии (изоэнтальпы) показаны на диаграмме линиями, идущими слева направо, с некоторым уклоном вниз. [c.45] На нижней части диаграммы нанесены две кривые, соединяющиеся между собой в точке К. Кривая, расположенная слева от точки К, носит название пограничной кривой жидкости и образуется точками, соответствующими моментам полной конденсации пара в жидкость. Влево от этой кривой находится область жидкого воздуха, а вправо—область влажного пара воздуха. [c.45] Вернуться к основной статье