În motoarele termice (mașini), mediul de lucru este un amestec de gaze diferite. Dacă componentele amestecului nu intră în reacții chimice între ele și fiecare componentă se supune ecuației de stare a lui Cliperon, atunci un astfel de amestec este considerat un gaz ideal.
Pentru a calcula amestecul, este necesar să se determine Cm reprezintă masa moleculară medie și Rcm este constanta gazului specific al amestecului. Pentru a le determina, este necesar să se cunoască compoziția amestecului, adică ce componente și în ce cantități formează amestecul dat, ce parametri au fiecare componentă a amestecului.
Fiecare component al amestecului se comportă ca și în cazul în care amestecul nu avea și alte gaze ocupă întregul volum de unică folosință, în care amestecul să fie ecuația lor de stat și exercită presiunea parțială așa-numita pe pereți, în timp ce temperatura componentelor amestecului este același și egal cu temperatura amestecului.
Conform legii lui Dalton, presiunea amestecului P este egală cu suma presiunilor parțiale ale componentelor individuale care intră în amestec:
unde n este numărul componentelor amestecului.
Conform legii Amaga, volumul amestecului V este egal cu suma volumelor parțiale ale componentelor individuale care intră în amestec la temperatura și sub presiunea amestecului:
unde este volumul parțial, m 3; V este volumul amestecului, m 3
Compoziția amestecului este dată de volumul (molar) sau de fracțiile în greutate.
Fracțiunea de volum a componentei i este raportul dintre volumul parțial al componentului și volumul amestecului, și anume suma fracțiunilor volumice ale componentelor amestecului este 1, adică. Dacă valoarea este specificată în%, suma lor este de 100%.
Fracția molară de ni component i-lea -. Este raportul dintre numărul kmol component Ni între amestec kmol de N, adică, în cazul în care, și anume numărul kmol al fiecărei componente și întregul amestec este raportul corespunzător volumului ocupat de un singur component kmoli ... și amestecul în ansamblu.
Având în vedere că gazul ideal are același volum de kilomol în aceleași condiții, după înlocuire obținem: adică, pentru gazele ideale, fracțiile molare și volum sunt numeric egale.
Fracțiunea de masă a componentei i este raportul dintre masa componentei și masa amestecului: rezultă că masa amestecului este egală cu suma masei componentelor, iar suma fracțiunilor de masă ale componentelor este egală cu 1 (sau 100%).
Conversia fracțiunilor de volum în vrac și înapoi se face pe baza următoarelor relații:
unde # 961; = # 956; / 22,4 kg / m3.
Rezultă că fracția de masă a componentei i se determină din relația:
unde este densitatea amestecului, kg / m 3 - fracția de volum a componentei i-a.
În viitor, puteți determina prin fracții de volum.
Densitatea amestecului pentru fracțiile de volum se determină din relație
Presiunea parțială este determinată de formulele:
Ecuațiile de stare a componentelor și amestecurilor ca întreg sunt:
de unde, după transformări, obținem fracțiuni de masă
Densitatea și volumul specific al amestecului pentru fracțiunile de masă:
Pentru a calcula presiunile parțiale, formula este utilizată:
Conversia fracțiunilor de masă în cele volumetrice se realizează prin formula:
Când se determină capacitatea de încălzire a unui amestec de gaze, se pornește de la premisa că pentru încălzirea (răcirea) amestecului de gaz este necesară încălzirea (răcirea) fiecărei componente a amestecului
unde Qi = Mi ci # T este cantitatea de căldură utilizată pentru schimbarea temperaturii componentei i a amestecului, ci este capacitatea de încălzire în masă a componentei i a amestecului.
Căldura specifică a amestecului este determinată din raportul (dacă amestecul este specificat prin fracțiile de masă)
Sunt determinate capacitățile de căldură molară și volumetrică pentru un amestec de fracții de volum specificate
Exemplul 1.5 Aerul uscat în masă constă din g02 = 23,3% oxigen și gN2 = 76,6% azot. Determinați compoziția aerului în volum (rO2 și rN2) și constanta de gaz a amestecului.
1. Din tabelul 1 găsim kg / kmol și kg / kmol
2. Determinați fracția volumică de oxigen și azot:
1. Constanta gazului de aer (amestec) este determinata de formula:
Exemplul 1.6. Se determină cantitatea cererii de căldură pentru încălzirea masei amestecului de gaz M = 2 kg la P = const, care cuprinde în% în greutate: ,,,, temperatura variază de la aproximativ 900 t1 = t2 = C până la 1200 ° C.
1. Determinați capacitatea medie de căldură în masă a componentelor care compun amestecul de gaz la P = const și t1 = 900 о С (de la P2):
= 1,0258 kJ / kg · K; = 1,1045 kJ / kg · K;
= 1,1078 kJ / kg · K; = 2,1097 kJ / kg · K;
2. Determinați capacitatea medie de căldură în masă a componentelor care compun amestecul de gaz la P = const și t1 = 1200 ° C (de la P2):
= 1,0509 kJ / kg · K; = 1,153 kJ / kg · K;
= 1,1359 kJ / kg · K; = 2,2106 kJ / kg · K;
3. Determinați capacitatea medie de căldură a amestecului pentru intervalul de temperatură: t2 = 1200 о С și t1 = 900 о С:
4. Cantitatea de căldură pentru încălzirea a 2 kg de amestec la P = const:
Prima lege a termodinamicii stabilește o relație cantitativă între schimbarea energiei interne a sistemului și munca mecanică efectuată împotriva forțelor de presiune externă a mediului ca urmare a aprovizionării cu căldură a corpului de lucru.
Pentru un sistem termodinamic închis, ecuația primei legi are forma
Căldura transmisă fluidului de lucru (sau sistem) este și creșterea energiei sale interne (dU), datorită unei creșteri a temperaturii corpului, precum și pentru a efectua munca externa (dl), datorită expansiunii fluidului de lucru și creșterea volumului acesteia.
Prima lege poate fi scrisă sub forma dH = dq + VdP = dq-dL0,
unde dL0 = VdP este lucrarea elementară a schimbării de presiune denumită muncă externă (tehnică) utilă.
dU este schimbarea energiei interne a corpului de lucru (sistem), care include energia mișcării termice a moleculelor (translațională, rotațională și vibrațională) și energia potențială a interacțiunii moleculelor.
Deoarece tranziția sistemului de la o stare la alta apare ca urmare a furnizării de căldură, mediul de lucru este prin urmare încălzit și temperatura acestuia crește cu dT, iar volumul crește cu dV.
O creștere a temperaturii corporale determină o creștere a energiei cinetice a particulelor sale, iar o creștere a volumului corpului duce la o schimbare a energiei potențiale a particulelor. Drept rezultat, energia internă a corpului crește prin DU, astfel încât energia internă U este o funcție a stării corpului și poate fi reprezentată în funcție de doi parametri independenți U = f1 (P, V); U = f2 (P, T), U = f3 (# 965 ;, T). Schimbarea energiei interne în procesul termodinamic este determinată numai de starea inițială (U1) și cea finală (U2), adică,
În forma diferențială, schimbarea energiei interne este înregistrată
a) în funcție de volumul și temperatura specifice
b) în funcție de temperatură; , atunci
Pentru calcule practice în care este necesar să se țină cont de schimbarea Cv față de temperatură, există formule empirice și tabele de energie internă specifică (adesea molară). Pentru gazele ideale, energia molară internă a amestecului Um este determinată de formula
Pentru un amestec dat de fracțiile de masă. Astfel, energia internă este o proprietate a sistemului și caracterizează starea sistemului.
Entalpia - funcția de stat de căldură introdusă Kamerlingh Onnes (Premiul Nobel 1913), care este suma energiei interne a sistemului U și produsul capacității de presiune a sistemului P V. volumul său
Deoarece cantitățile care apar în ea sunt funcții ale stării, prin urmare H este de asemenea o funcție de stare, adică H = f1 (P, V); H = f2 (V, T); H = f3 (P, T).
Schimbarea entalpiei dH în orice procedeu termodinamic este determinată de starea inițială H1 și finală H2 și nu depinde de natura procesului. Dacă sistemul conține 1 kg de substanță, se folosește entalpie specifică, J / kg.
Pentru un gaz ideal ecuația diferențială are forma
entalpia specifică este determinată de formula
Ecuația primei legi a termodinamicii este dq = dU + Pd # 965; atunci când singurul tip de lucrare este lucrarea de expansiune Pd # 965; = d (P # 965;) - DP, apoi dq = d (U + P # 965;) - # 965; dP, de unde
Pentru procesul izobaric (dP = 0), atunci
În calculele practice, această expresie este foarte des utilizată, deci există multe tabele care dau valorile entalpiei.
Raportul dintre dh și dU este, adică, schimbarea entalpiei în procesul termodinamic este "k" ori mai mare decât schimbarea energiei interne.
Pentru a calcula amestecul ideal de gaze, rapoartele pentru entalpia polară și respectiv,
Entropia este o măsură a disipării energiei ireversibile, introdusă de P. Clausius (1865)
Pentru sistemul termodinamic executantă infinit lent (cvasistatic) proces ciclic în care secvențial sistem primește mici cantități de căldură dQ pentru valorile corespunzătoare ale temperaturii T, integrala a unei cantități determinate de căldură pe parcursul ciclului este egal cu 0 (adică. E., Egal Clausius) Diferențialul acestei funcții statul se numește entropie. Pentru o cantitate arbitrară de gaz, se determină entropia pentru 1 kg de substanță, J / (kg · K). Diferența pentru un proces elementar reversibil de un kilogram de gaz este dacă dQ = CdT, atunci
Entropia poate fi reprezentată ca o funcție a oricăror doi parametri de stare; ;
La temperaturi apropiate de zero, entropia unei substanțe într-o stare condensată, cu o structură cristalină ordonată, tinde la zero (adică S0 = 0 la T = 0, K).
În termodinamica tehnică, schimbarea entropiei # 8710; S în acest proces este determinată de formula
Prin urmare, entropia este măsurată de la un nivel aleasă arbitrar numai prin "creșterea" ei.
Pentru un gaz ideal cu Cv = const
sau după înlocuire
Deoarece entropia este o funcție a stării corpului de lucru, ecuațiile date nu depind de calea tranziției mediei de lucru între stările 1 și 2 și, de asemenea, dacă această tranziție este în echilibru.
În calcule, se utilizează o diagramă T-S, în care starea sistemului este reprezentată de un "punct", iar procesul termodinamic printr-o linie.
În diagrama T-S, căldura elementară a procesului Q reprezintă o zonă elementară de înălțime T și bază dS, iar aria de sub linia de proces este echivalentă cu căldura procesului.
În cazul în care # 948; q> 0, atunci căldura este furnizată și entropia mediului de lucru crește (dS> 0) dacă # 948; q <0, то теплота отводится и энтропия тела убывает (dS <0)
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: