Что означают знаки и для теплоты и работы

Работа, теплота, внутренняя энергия. Правила знаков. Рабочая диаграмма

В каждом теле, в каждом веществе в скрытом виде заключена внутренняя энергия, которая складывается из энергии движения и взаимодействия атомов, молекул, ядер и других частиц, внутриядерную и другие виды энергии, кроме кинетической энергии движения системы, и потенциальной энергии ее положения. Абсолютную величину внутренней энергии определить невозможно. Она представляет собой способность системы к совершению работы или передаче теплоты. Однако можно определить ее изменение U при переходе из одного состояния в другое:

где U2 и U1- внутренняя энергия системы в конечном и начальном состояниях. Если ΔU > 0 –внутренняя энергия системы возрастает, если ΔU 0) и теплота, подводимая к системе (Q > 0). Теплота и работа зависят от способа проведения процесса, т.е. они являются функциями пути.

Количественное соотношение между изменением внутренней энергии, теплотой и работой устанавливает первый закон термодинамики:

Q = ΔU + А.

Если к системе подводится теплота Q, то она расходуется на изменение внутренней энергии системы ΔU и на совершение системой работы А над окружающей средой.

Теплоту и работу можно измерить, отсюда,

ΔU = Q – А.

Первый закон термодинамики является формой выражения закона сохранения энергии. Согласно этому закону, энергия не может ни создаваться, ни исчезать, но может превращаться из одной формы в другую. Его справедливость доказана многовековым опытом человечества.

Источник

Система знаков величин теплоты и работы

С О Д Е Р Ж А Н И Е

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ.

ЧАСТНЫЕ ПРОЦЕССЫ 6

1.1. Основные понятия и определения термодинамики 6

1.2. Термодинамические процессы с участием идеальных газов 8

1.2.1. Изотермический процесс 8

1.2.2. Изохорный процесс 9

1.2.3. Изобарный процесс 10

1.2.4. Адиабатный процесс 10

2. МЕТОД ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ 11

2.2. Цикл двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при

постоянном объеме. Цикл Отто 13

2.3. Цикл двигателя внутреннего сгорания с сообщением теплоты

при постоянном давлении. Цикл Дизеля 15

2.4. Теоретический цикл двигателя с сообщением теплоты при

постоянных объеме и давлении. Смешанный цикл Тринклера 17

3. ЗАДАНИЯ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ 18

3.1. Задание 1. Термодинамические процессы 18

3.2. Задание 2. Метод термодинамических циклов 20

Учебно-методическое и информационное

обеспечение контрольной работы 23

Введение

В двигателях внутреннего сгорания происходят сложные физико-химические процессы, обусловленные превращением тепловой энергии в механическую. Особенности указанного вида превращения энергии изучаются методами термодинамики. Практическое освоение методов термодинамики позволяет глубже понять закономерности процессов, сопровождающих работу конкретных двигателей, выяснить, основные предельные технические характеристики и сопоставить их с реально наблюдаемыми.

Выполнения заданий контрольных работ обеспечивает формирование у студентов знаний и умений применения теоретических основ транспортной энергетики для решения конкретных задач технического характера и навыки практического использования теплотехнических расчётов.

В предлагаемых методических указаниях в первых разделах кратко приведены основные теоретические положения термодинамического метода анализа частных тепловых процессов, а также основы метода термодинамических циклов. Рассмотрены количественные характеристики циклов Карно, Отто, Дизеля и Тринклера, составляющих основу работы современных двигателей внутреннего сгорания.

Отчет по выполнению контрольной работы должен включать следующие составляющие:

· основной текст работы;

Образец оформления титульного листа контрольной работы приведен в Приложении.

Оформление текстадолжен быть единым для всей выполняемой работы. Работа выполняются на персональном компьютере, в текстовом редакторе WORD

· нумерация страниц располагается внизу по центру страницы.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ. ЧАСТНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Основные понятия и определения

Равновесное состояние системы— это, как правило, установившееся состояние системы, которое характеризуется определенным набором численных значений термодинамических параметров. Равновесное состояние системы характеризуется уравнением состояния j (р, Т, V) = 0.

Идеальный газ— газ, молекулы которого не обладают взаимным притяжением и взаимодействуют между собой соударяясь как абсолютно упругие тела. Реальные газы при сравнительно небольших избыточных давлениях (до 10¸10 5 Па) разрежены и близки по свойствам к идеальным.

Уравнение состояния идеальных газов. В равновесных состояниях термодинамические параметры идеального газа взаимосвязаны уравнением, известным как уравнение Менделеева-Клапейрона (объединенный газовый закон):

, (1.1.1)

U = (3/2)RТ для одноатомных газов (1.1.2)

U = (5/2)RТ для двухатомных газов (1.1.3)

Q = U + L (в интегральной форме), (1.1.4)

dQ = dU + d L (в дифференциальной форме) (1.1.5)

Теплота и работа процесса зависят от пути его проведения и не являются функциями состояния системы.

Система знаков величин теплоты и работы.

В дальнейшем изложении расчетные формулы приведены в алгебраической форме, а отрицательность или положительность величин проявляется при подстановке в формулы значений конкретных величин.

Теплоемкости взаимосвязаны выражением

Уравнение Роберта-Майера— выражает взаимосвязь между изобарной и изохорной теплоемкостями идеального газа:

Источник

Правила знаков для теплоты и работы

Содержание

Историческая справка

Особенности различных формулировок первого начала термодинамики

Для функции состояния естественен вопрос о её аргументах. Из дефиниции Кирхгофа следует, что внутренняя энергия зависит от переменных, входящих в выражение для работы, то есть обобщённых термодинамических координат, и температуры как движущей силы теплопередачи.

Традиционно теплоту и работу трактуют как формы передачи энергии, то есть их характеризуют посредством описательных дефиниций. Именно по этой причине как математические объекты теплота и работа в дефиницию внутренней энергии по Кирхгофу входят в виде неопределяемых переменных. Давать дефиницию фундаментальной физической величине — энергии — посредством величин менее фундаментальных — теплоты и работы — есть методологический недостаток подхода Кирхгофа. Наконец, в формулировке Кирхгофа внутренняя энергия как функция состояния привязана к функциям процесса — теплоте и работе. Фактически это означает привязку внутренней энергии к равновесным процессам в закрытых системах, когда возможна однозначная трактовка понятий теплоты и работы.

В формулировке Каратеодори внутренняя энергия не представляет собой характеристическую функцию своих независимых переменных.

В неравновесной термодинамике выражение для первого начала термодинамики выглядит так (см. статью Неравновесная термодинамика):

Правила знаков для теплоты и работы

Частные случаи

Рассмотрим несколько частных случаев:

Первое начало термодинамики:

Расширение сферы действия первого начала термодинамики на неравновесные процессы

Классическая термодинамика, следуя Клаузиусу, вводит в уравнение первого начала выражение обратимой или термодинамической работы.

n> — число степеней свободы).

Выражения первого начала классической термодинамики действительны лишь для обратимых процессов. Это обстоятельство резко ограничивает возможности последующего развития принципов и практических приложений расчётных уравнений классической термодинамики. Поскольку все реальные процессы являются необратимыми, представляется целесообразным обобщить исходное уравнение первого начала термодинамики для обратимых и необратимых процессов. С этой целью Н. И. Белоконь, не снижая высокой степени общности исходных выражений первого начала, предложил для последующего развития основных принципов и расчётных уравнений термодинамики развернуть в них также выражения внешней работы. Для этого он ввёл понятие эффективной работы — δ A ∗ <\displaystyle \delta A^<*>> , равной разности термодинамической работы δ A = ∑ i = 1 n F i d x i <\displaystyle \delta A=\sum _^F_dx_> и необратимых потерь δ A ∗ ∗ <\displaystyle \delta A^<**>>

Источник

Теплота и работа

Дата добавления: 2013-12-23 ; просмотров: 2658 ; Нарушение авторских прав

Энергия системы

Энергия (термин греческого происхождения) это мера способности системы совершать работу. Единицей измерения энергии (и работы) в системе СИ является Джоуль (Дж). В химической термодинамике одну из важных величин представляетвнутренняя энергия U системы. Внутренняя энергия включает энергию поступательного и вращательного движения молекул, энергию взаимодействия между атомами, энергию внутримолекулярного колебательного движения атомов, энергию вращательного движения электронов в атомах, энергию, заключенную в ядрах и т.д.

Измерить абсолютное значение внутренней энергии системы U невозможно, но можно измерить изменение внутренней энергии DU в результате какого-то процесса. Если внутренняя энергия системы увеличивается, величина DU берется со знаком «плюс», напротив отрицательная величина DU говорит об уменьшении внутренней энергии.

Теплота и работа являются двумя разными формами передачи энергии от одной системы к другой или от системы к ее окружению. Передача энергии, вызываемая разностью температур, называетсяпередачей теплоты.

Количество теплоты, передаваемой системой пропорционально массе системы и изменению температуры, связанному с передачей энергии. Теплота не является свойством системы, не определяет ее состояния. Например, вода в стакане может иметь температуру 50°С, но нельзя сказать, что вода содержит теплоту. Если воду нужно нагреть до температуры 80°С, то ей нужно сообщить некоторую энергию в форме теплоты. Напротив, при охлаждении воды до комнатной температуры часть энергии будет передана окружающей среде.

Итак, понятие «теплота» относится не к состоянию системы, а к какому-то процессу, т.е. является функцией процесса. Единицей измерения теплоты в системе СИ является Джоуль (Дж). Если теплота поглощается системой, величина Q берется со знаком «плюс». Знак «минус» означает, что теплота отдается системой.

Чаще всего приходится иметь дело с работой, связанной с расширением или сжатием газа. Работа в этих случаях равна:

Положительной в термодинамике считается работа, выполненная системой. Если перед работой стоит знак «минус», это означает, что работа выполняется над системой (когда внешнее давление Р больше давления газа внутри системы и происходит сжатие газа). Работа так же как теплота является функцией процесса.

Источник