R0 = μR = pVμ/T = 8315 Дж/(кмоль×К). Благодаря уравнениям Менделеева-Клайперона можно определить любой из трех основных параметров газа (объем, давление или температуру), зная два других параметра. 27. Раскройте физический смысл понятий «термодинамический процесс» и «удельная теплоемкость газов».
Термодинамическим процессом называют последовательность изменения термодинамического состояния системы, сопровождающуюся изменением всех или только некоторых параметров газа (давления, объема или температуры). Если в результате термодинамического процесса (назовем его прямым) система перешла из состояния 1 в состояние 2, то любой другой процесс, возвращающий систему из состояния 2 в состояние 1, называют обратным процессом. Термодинамический процесс является обратимым, если он протекает в прямом и обратном направлении через один и тот же ряд равновесных состояний, не вызывая изменений в самом газе и в телах, окружающих систему. В противном случае процесс является необратимым. Все реальные процессы, встречающиеся в теплотехнике, являются необратимыми. Удельной теплоемкостью любого вещества, в т. ч. – газа, называют количество теплоты, которое необходимо подвести к единице количества вещества для нагревания его на 1 К (1 градус Кельвина). В зависимости от выбранной единицы количества вещества (кг, кмоль, м3) различают массовую, киломольную и объемную удельную теплоемкость. 28. Сформулируйте первый закон термодинамики и раскройте его физический смысл.
Первый закон термодинамики можно сформулировать так: вся теплота, подведенная к системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение работы. В дифференциальном виде закон записывается так: dQ = dU + dA, где: dQ – подведенная к системе теплота, dU – изменение внутренней энергии системы (кинетической энергии молекул и потенциальной энергии взаимодействия между отдельными молекулами газа), dA – механическая работа, выполненная газом, которая характеризуется соотношением между изменениями давления и объема газа.
Первый закон термодинамики является частным случаем закона сохранения и превращения энергии. Он определяет соотношение между количеством подведенной к системе теплоты, ее внутренней энергией и совершаемой механической работой, устанавливая энергетический баланс термодинамических процессов. 29. Перечислите основные термодинамические процессы и охарактеризуйте их.
К основным термодинамическим процессам относят изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы. Изохорным называют термодинамический процесс, протекающий при постоянном объеме. Такой процесс может иметь место при нагревании газа в закрытом постоянном объеме, при этом изменяются лишь два основных параметра – температура и давление газа. Количественные характеристики изохорного процесса устанавливает закон Шарля: p1/T1 = p2/T2. Поскольку этот процесс протекает в замкнутом постоянном объеме, вся подводимая к газу теплота расходуется на увеличение внутренней энергии системы (кинетической и потенциальной энергии молекул газа).
Изобарным называют термодинамический процесс, протекающий при постоянном давлении. Примером такого процесса является нагревание газа в цилиндре, закрытом подвижным поршнем, при этом нагрев газа сопровождается увеличением объема за счет перемещения поршня. Давление газа в цилиндре остается неизменным. Процесс характеризуется законом Гей-Люссака: v1/T1 = v2/T2. Поскольку подведенная теплота затрачивается на нагрев газа и увеличение его объема (в нашем примере – перемещение поршня), то можно сделать вывод, что при изобарном процессе часть теплоты преобразуется во внутреннюю энергию системы (энергию молекул газа), а другая часть теплоты расходуется на механическую работу.