🗊Презентация Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики

Категория: Физика
Нажмите для полного просмотра!
Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №1Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №2Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №3Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №4Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №5Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №6Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №7Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №8Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №9Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №10Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №11Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №12Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №13Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №14Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №15Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №16Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №17Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №18Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №19Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №20Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №21Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №22Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №23Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №24Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №25Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №26Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №27Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №28Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №29Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики, слайд №30
Скачать

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Политропные процессы. Энтропия идеального газа. II закон термодинамики. Доклад-сообщение содержит 30 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1


ТНиС 04 ● Политропные процессы ● Энтропия идеального газа ● II закон термодинамики
Описание слайда:
ТНиС 04 ● Политропные процессы ● Энтропия идеального газа ● II закон термодинамики

Слайд 2


Исследование политропных процессов 1. Уравнение процесса выводится из аналитического выражения I закона термодинамики: dq=du+pdv; cdT=cvdT+pdv; (c-cv)dT-pdv=0. (1) Сделаем подстановку из уравнения Клапейрона pv=RT; T=pv/R; dT=(pdv+vdp)/R. После подстановки dT в (1) имеем: (c-cv)(pdv+vdp)/R-pdv=0.
Описание слайда:
Исследование политропных процессов 1. Уравнение процесса выводится из аналитического выражения I закона термодинамики: dq=du+pdv; cdT=cvdT+pdv; (c-cv)dT-pdv=0. (1) Сделаем подстановку из уравнения Клапейрона pv=RT; T=pv/R; dT=(pdv+vdp)/R. После подстановки dT в (1) имеем: (c-cv)(pdv+vdp)/R-pdv=0.

Слайд 3


Преобразование выражения I закона термодинамики Умножим полученное выражение на R/(c-cv): pdv+vdp-Rpdv/(c-cv)=0. С учетом уравнения Майера R=cp-cv: pdv+vdp-(cp-cv)pdv/(c-cv)=0. После приведения подобных членов и сокращения имеем: [1-(cp-cv)/(c-cv)]pdv+vdp=npdv+vdp=0.
Описание слайда:
Преобразование выражения I закона термодинамики Умножим полученное выражение на R/(c-cv): pdv+vdp-Rpdv/(c-cv)=0. С учетом уравнения Майера R=cp-cv: pdv+vdp-(cp-cv)pdv/(c-cv)=0. После приведения подобных членов и сокращения имеем: [1-(cp-cv)/(c-cv)]pdv+vdp=npdv+vdp=0.

Слайд 4


Уравнение политропных процессов Разделим переменные, поделив уравнение на pv: ndv/v+dp/p=0. После интегрирования при n=сonst: nlnv+lnp=сonst; или: ln(pvn)=ln(сonst). После потенцирования получаем уравнение политропных процессов: pvn=сonst.
Описание слайда:
Уравнение политропных процессов Разделим переменные, поделив уравнение на pv: ndv/v+dp/p=0. После интегрирования при n=сonst: nlnv+lnp=сonst; или: ln(pvn)=ln(сonst). После потенцирования получаем уравнение политропных процессов: pvn=сonst.

Слайд 5


Соотношения между параметрами На предыдущем слайде за показатель политропы принято выражение: n =[1-(cp-cv)/(c-cv)]= (c-cp)/(c-cv). 2. pv-диаграмму политропных процессов рассмотрим позже. 3. Поскольку уравнение политропы pvn=сonst аналогично уравнению адиабаты pvk=сonst, то все соотношения между параметрами будут аналогичные: p1v1n=p2v2n; T2/T1=(v1/v2)n-1; T2/T1=(p2/p1)(n-1)/n.
Описание слайда:
Соотношения между параметрами На предыдущем слайде за показатель политропы принято выражение: n =[1-(cp-cv)/(c-cv)]= (c-cp)/(c-cv). 2. pv-диаграмму политропных процессов рассмотрим позже. 3. Поскольку уравнение политропы pvn=сonst аналогично уравнению адиабаты pvk=сonst, то все соотношения между параметрами будут аналогичные: p1v1n=p2v2n; T2/T1=(v1/v2)n-1; T2/T1=(p2/p1)(n-1)/n.

Слайд 6


Работа и теплота 4. Изменение внутренней энергии: Δu=cvΔT. 5. Выражения для работы также запишутся по аналогии с адиабатным процессом: l=(p1v1-p2v2)/(n-1); l=(T1-T2)R/(n-1). 6. Теплота по I закону термодинамики: q=Δu+l. и через теплоемкость: q=cΔT.
Описание слайда:
Работа и теплота 4. Изменение внутренней энергии: Δu=cvΔT. 5. Выражения для работы также запишутся по аналогии с адиабатным процессом: l=(p1v1-p2v2)/(n-1); l=(T1-T2)R/(n-1). 6. Теплота по I закону термодинамики: q=Δu+l. и через теплоемкость: q=cΔT.

Слайд 7


Показатель политропы и энергетический коэффициент Политропную теплоемкость можно найти из выражения показателя политропы: n=(c-cp)/(c-cv); nc-ncv=c-cp; приводим подобные члены, умножая и деля выражение на cv и учитывая, что cp/cv=k: c=(ncv-cp)cv/(n-1)cv=(n-k)cv/(n-1). 7. Энергетический коэффициент: φ=Δu/q=cvΔT/[(n-k)cvΔT/(n-1)]; или: φ=(n-1)/(n-k).
Описание слайда:
Показатель политропы и энергетический коэффициент Политропную теплоемкость можно найти из выражения показателя политропы: n=(c-cp)/(c-cv); nc-ncv=c-cp; приводим подобные члены, умножая и деля выражение на cv и учитывая, что cp/cv=k: c=(ncv-cp)cv/(n-1)cv=(n-k)cv/(n-1). 7. Энергетический коэффициент: φ=Δu/q=cvΔT/[(n-k)cvΔT/(n-1)]; или: φ=(n-1)/(n-k).

Слайд 8


Обобщающее значение политропных процессов Уравнение политропных процессов pvn=сonst справедливо для любого из частных термодинамических процессов: ● изохорный n=∞: p1/nv=p1/∞v=p0v=v=сonst; ● изобарный n=0: pv0=p=сonst; ● изотермический n=1: pv=const или T=сonst; ● адиабатный n=k: pvk=сonst.
Описание слайда:
Обобщающее значение политропных процессов Уравнение политропных процессов pvn=сonst справедливо для любого из частных термодинамических процессов: ● изохорный n=∞: p1/nv=p1/∞v=p0v=v=сonst; ● изобарный n=0: pv0=p=сonst; ● изотермический n=1: pv=const или T=сonst; ● адиабатный n=k: pvk=сonst.

Слайд 9


Три группы политропных процессов На следующем слайде изображены все возможные термодинамические процессы. Изотерма T=сonst разделяет их на две группы: Δu>0 и Δu<0. Адиабата также делит их на две группы: q>0 и q<0. Таким образом, по знакам изменения внутренней энергии и теплоты процессы расширения газа делятся на I, II и III группы.
Описание слайда:
Три группы политропных процессов На следующем слайде изображены все возможные термодинамические процессы. Изотерма T=сonst разделяет их на две группы: Δu>0 и Δu<0. Адиабата также делит их на две группы: q>0 и q<0. Таким образом, по знакам изменения внутренней энергии и теплоты процессы расширения газа делятся на I, II и III группы.

Слайд 10


pv - диаграмма политропных процессов
Описание слайда:
pv - диаграмма политропных процессов

Слайд 11


Энтропия идеального газа Обозначим через дифференциал энтропии выражение ds=dq/T, Дж/(кг·К). (1) Тогда теплоту можно определить как dq=Tds, то есть площадь под процессом в Ts-диаграмме. Найдем зависимости T=f(s) для термодинамических процессов подстановкой в (1) I закона термодинамики: ; (2) . (3)
Описание слайда:
Энтропия идеального газа Обозначим через дифференциал энтропии выражение ds=dq/T, Дж/(кг·К). (1) Тогда теплоту можно определить как dq=Tds, то есть площадь под процессом в Ts-диаграмме. Найдем зависимости T=f(s) для термодинамических процессов подстановкой в (1) I закона термодинамики: ; (2) . (3)

Слайд 12


Изменение энтропии в термодинамических процессах Проинтегрировав выражения (2) и (3), получим изменения энтропии в политропных процессах: ; (4) . (5) Из (4) при v=сonst и из (5) при p=сonst получим изменения энтропии в изохорном и изобарном процессах: ; (6) . (7)
Описание слайда:
Изменение энтропии в термодинамических процессах Проинтегрировав выражения (2) и (3), получим изменения энтропии в политропных процессах: ; (4) . (5) Из (4) при v=сonst и из (5) при p=сonst получим изменения энтропии в изохорном и изобарном процессах: ; (6) . (7)

Слайд 13


Изображение термодинамических процессов в Ts-диаграмме Из выражений (6, 7) следует, что изохора и изобара в Ts- диаграмме представляют собой логарифмические кривые. Причем изохора проходит круче изобары, так как при ΔT=idem: Δsp>Δsv из-за cp>cv. Изотерма в Ts-диаграмме отображается горизонтальной прямой. Изображение адиабаты вытекает из анализа выражения dq=0=Tds.
Описание слайда:
Изображение термодинамических процессов в Ts-диаграмме Из выражений (6, 7) следует, что изохора и изобара в Ts- диаграмме представляют собой логарифмические кривые. Причем изохора проходит круче изобары, так как при ΔT=idem: Δsp>Δsv из-за cp>cv. Изотерма в Ts-диаграмме отображается горизонтальной прямой. Изображение адиабаты вытекает из анализа выражения dq=0=Tds.

Слайд 14


Изотерма и адиабата в Ts-диаграмме Так как T≠0, то ds=0, следовательно s=сonst – это и есть уравнение адиабаты в Ts-диаграмме. На следующем слайде представлена Ts-диаграмма термодинамических процессов. Площадь под процессом в Ts-диаграмме представляет собой теплоту, поэтому она называется тепловой диаграммой.
Описание слайда:
Изотерма и адиабата в Ts-диаграмме Так как T≠0, то ds=0, следовательно s=сonst – это и есть уравнение адиабаты в Ts-диаграмме. На следующем слайде представлена Ts-диаграмма термодинамических процессов. Площадь под процессом в Ts-диаграмме представляет собой теплоту, поэтому она называется тепловой диаграммой.

Слайд 15


Ts - диаграмма политропных процессов
Описание слайда:
Ts - диаграмма политропных процессов

Слайд 16


Основные определения Равновесное состояние, при котором во всех точках объема давление, температура, удельный объем и физические свойства газа одинаковы. Равновесный процесс, при котором газ проходит только через равновесные состояния (процесс 1АВ2). Обратимый процесс, который при своем обращении (обратном протекании) проходит через те же равновесные состояния, что и прямой процесс (1АВ2ВА1).
Описание слайда:
Основные определения Равновесное состояние, при котором во всех точках объема давление, температура, удельный объем и физические свойства газа одинаковы. Равновесный процесс, при котором газ проходит только через равновесные состояния (процесс 1АВ2). Обратимый процесс, который при своем обращении (обратном протекании) проходит через те же равновесные состояния, что и прямой процесс (1АВ2ВА1).

Слайд 17


Обратимые и необратимые процессы Все реальные состояния газа и процессы – неравновесные и необратимые. Термодинамика изучает в первую очередь обратимые процессы. Необратимость учитывается эмпирическими коэффициентами. По первому закону термодинамики: если к газу подвести теплоту, то она пойдет на изменение внутренней энергии и работу против внешних сил.
Описание слайда:
Обратимые и необратимые процессы Все реальные состояния газа и процессы – неравновесные и необратимые. Термодинамика изучает в первую очередь обратимые процессы. Необратимость учитывается эмпирическими коэффициентами. По первому закону термодинамики: если к газу подвести теплоту, то она пойдет на изменение внутренней энергии и работу против внешних сил.

Слайд 18


II закон термодинамики То есть в I законе термодинамики речь идет о возможности преобразования тепловой энергии в механическую, но не приводятся условия его осуществления. Такое преобразование возможно только в тепловом двигателе. Во втором законе термодинамики формулируются условия, при которых возможно такое преобразование. Второй закон имеет эмпирический характер. Рассмотрим несколько формулировок этого закона:
Описание слайда:
II закон термодинамики То есть в I законе термодинамики речь идет о возможности преобразования тепловой энергии в механическую, но не приводятся условия его осуществления. Такое преобразование возможно только в тепловом двигателе. Во втором законе термодинамики формулируются условия, при которых возможно такое преобразование. Второй закон имеет эмпирический характер. Рассмотрим несколько формулировок этого закона:

Слайд 19


Формулировки II закона термодинамики ● Карно: для преобразования тепловой энергии в механическую необходимы два источника теплоты – горячий и холодный. ● Томсона: вся теплота, подведенная от горячего источника к рабочему телу, не может быть преобразована в механическую энергию; часть этой теплоты должна быть отдана холодному источнику. ● Планка: невозможно реализовать вечный двигатель II рода. ● Клаузиуса: невозможно передать теплоту от холодного тела к горячему самопроизвольно, то есть даровым способом.
Описание слайда:
Формулировки II закона термодинамики ● Карно: для преобразования тепловой энергии в механическую необходимы два источника теплоты – горячий и холодный. ● Томсона: вся теплота, подведенная от горячего источника к рабочему телу, не может быть преобразована в механическую энергию; часть этой теплоты должна быть отдана холодному источнику. ● Планка: невозможно реализовать вечный двигатель II рода. ● Клаузиуса: невозможно передать теплоту от холодного тела к горячему самопроизвольно, то есть даровым способом.

Слайд 20


Круговые процессы или циклы Цикл – это замкнутый процесс, в конце которого рабочее тело возвращается в исходное состояние. При расширении 132 газ совершает работу lp=пл.132451. Если бы сжатие можно было провести по той же линии 231, то надо было бы совершить работу: lсж=пл.231542=lр; работа цикла была бы: lц=lр-lсж=0.
Описание слайда:
Круговые процессы или циклы Цикл – это замкнутый процесс, в конце которого рабочее тело возвращается в исходное состояние. При расширении 132 газ совершает работу lp=пл.132451. Если бы сжатие можно было провести по той же линии 231, то надо было бы совершить работу: lсж=пл.231542=lр; работа цикла была бы: lц=lр-lсж=0.

Слайд 21


Обратный цикл В процессе сжатия 261 работа газа: (lсж=пл.261542)>(lp=пл.132451), следовательно работа такого цикла отрицательная lц=lр-lсж=пл.13261. Цикл 13261 совершается против часовой стрелки и называется обратным, или циклом холодильных установок.
Описание слайда:
Обратный цикл В процессе сжатия 261 работа газа: (lсж=пл.261542)>(lp=пл.132451), следовательно работа такого цикла отрицательная lц=lр-lсж=пл.13261. Цикл 13261 совершается против часовой стрелки и называется обратным, или циклом холодильных установок.

Слайд 22


Прямой цикл В процессе сжатия 271 работа газа: (lсж=пл.271542)<(lp=пл.132451), то есть работа цикла положительная: lц=lр-lсж=пл.13271. Цикл 13271 совершается по часовой стрелке и называется прямым циклом, или циклом теплового двигателя. Исследования показали, что для получения положительной работы цикла надо на одном его участке подвести к рабочему телу теплоту q1 от горячего источника; на другом участке отвести от рабочего тела теплоту q2 к холодному источнику.
Описание слайда:
Прямой цикл В процессе сжатия 271 работа газа: (lсж=пл.271542)<(lp=пл.132451), то есть работа цикла положительная: lц=lр-lсж=пл.13271. Цикл 13271 совершается по часовой стрелке и называется прямым циклом, или циклом теплового двигателя. Исследования показали, что для получения положительной работы цикла надо на одном его участке подвести к рабочему телу теплоту q1 от горячего источника; на другом участке отвести от рабочего тела теплоту q2 к холодному источнику.

Слайд 23


Цикл теплового двигателя Запишем для цикла 12341 I закон термодинамики q=q1-q2=l, так как изменение внутренней энергии для цикла Δu=u1-u1=0. Основной характеристикой прямого цикла является его термический КПД – отношение полезно-использованной теплоты ко всей подведенной: . Так как не может быть q1=∞ или q2=0, то термический КПД прямого цикла всегда меньше единицы (ηt<1).
Описание слайда:
Цикл теплового двигателя Запишем для цикла 12341 I закон термодинамики q=q1-q2=l, так как изменение внутренней энергии для цикла Δu=u1-u1=0. Основной характеристикой прямого цикла является его термический КПД – отношение полезно-использованной теплоты ко всей подведенной: . Так как не может быть q1=∞ или q2=0, то термический КПД прямого цикла всегда меньше единицы (ηt<1).

Слайд 24


Обратимые и необратимые циклы Цикл называется обратимым, если он состоит только из обратимых процессов. Все реальные процессы необратимые, поэтому реальные циклы необратимы. Термодинамика изучает обратимые циклы, необратимость же учитывается эмпирическими коэффициентами. Карно предложил оптимальный теоретический цикл для преобразования теплоты в механическую энергию, который невозможно осуществить в реальном тепловом двигателе. Значение цикла Карно заключается в том, что он имеет максимальный КПД в заданном диапазоне температур.
Описание слайда:
Обратимые и необратимые циклы Цикл называется обратимым, если он состоит только из обратимых процессов. Все реальные процессы необратимые, поэтому реальные циклы необратимы. Термодинамика изучает обратимые циклы, необратимость же учитывается эмпирическими коэффициентами. Карно предложил оптимальный теоретический цикл для преобразования теплоты в механическую энергию, который невозможно осуществить в реальном тепловом двигателе. Значение цикла Карно заключается в том, что он имеет максимальный КПД в заданном диапазоне температур.

Слайд 25


Цикл Карно
Описание слайда:
Цикл Карно

Слайд 26


Процессы, составляющие цикл Карно 1-2 изотермический подвод теплоты от энергоемкого горячего источника к рабочему телу; 2-3 адиабатное расширение рабочего тела; 3-4 изотермический отвод теплоты от рабочего тела к энергоемкому холодному источнику; 4-1 адиабатное сжатие рабочего тела. Изотермический процесс самый экономичный для подвода теплоты, так как в нем, согласно I закону термодинамики, вся подведенная к газу теплота расходуется только на работу (q=l).
Описание слайда:
Процессы, составляющие цикл Карно 1-2 изотермический подвод теплоты от энергоемкого горячего источника к рабочему телу; 2-3 адиабатное расширение рабочего тела; 3-4 изотермический отвод теплоты от рабочего тела к энергоемкому холодному источнику; 4-1 адиабатное сжатие рабочего тела. Изотермический процесс самый экономичный для подвода теплоты, так как в нем, согласно I закону термодинамики, вся подведенная к газу теплота расходуется только на работу (q=l).

Слайд 27


Термический КПД цикла Карно Адиабатный процесс расширения газа самый подходящий, так как в нем нет потерь теплоты от газа в окружающую среду (q=0). В Ts-диаграмме (тепловой) площадь под процессом представляет собой теплоту, поэтому термический КПД цикла Карно: .
Описание слайда:
Термический КПД цикла Карно Адиабатный процесс расширения газа самый подходящий, так как в нем нет потерь теплоты от газа в окружающую среду (q=0). В Ts-диаграмме (тепловой) площадь под процессом представляет собой теплоту, поэтому термический КПД цикла Карно: .

Слайд 28


Независимость ηt цикла Карно от физических свойств рабочего тела В выражении термического КПД нет физических свойств рабочего тела. Значит ηt цикла Карно зависит только от температур горячего и холодного источников. Причем, чем шире диапазон температур цикла, тем выше его термический КПД. На следующем слайде в Ts-диаграмме изображены в одном диапазоне температур от T2 до T1 произвольный цикл ABCDА и описанный вокруг него цикл Карно 12341.
Описание слайда:
Независимость ηt цикла Карно от физических свойств рабочего тела В выражении термического КПД нет физических свойств рабочего тела. Значит ηt цикла Карно зависит только от температур горячего и холодного источников. Причем, чем шире диапазон температур цикла, тем выше его термический КПД. На следующем слайде в Ts-диаграмме изображены в одном диапазоне температур от T2 до T1 произвольный цикл ABCDА и описанный вокруг него цикл Карно 12341.

Слайд 29


Обратный цикл Карно Обратный цикл Карно характеризует совершенство передачи теплоты от холодного источника к горячему. 1-2 адиабатное расширение рабочего тела; 2-3 изотермический подвод теплоты от холодного источника к рабочему телу; 3-4 адиабатное сжатие рабочего тела; 4-1 изотермический отвод теплоты от рабочего тела к горячему источнику.
Описание слайда:
Обратный цикл Карно Обратный цикл Карно характеризует совершенство передачи теплоты от холодного источника к горячему. 1-2 адиабатное расширение рабочего тела; 2-3 изотермический подвод теплоты от холодного источника к рабочему телу; 3-4 адиабатное сжатие рабочего тела; 4-1 изотермический отвод теплоты от рабочего тела к горячему источнику.

Слайд 30


Холодильный коэффициент По I закону термодинамики для цикла: q= q1-q2=l. Основной характеристикой обратного цикла является холодильный коэффициент: ε=q2/(q1-q2)=q2/l. Для обратного цикла Карно: ε=T2Δs/(T1Δs-T2Δs)=T2/(T1-T2).
Описание слайда:
Холодильный коэффициент По I закону термодинамики для цикла: q= q1-q2=l. Основной характеристикой обратного цикла является холодильный коэффициент: ε=q2/(q1-q2)=q2/l. Для обратного цикла Карно: ε=T2Δs/(T1Δs-T2Δs)=T2/(T1-T2).

Скачать

Похожие презентации
Mypresentation.ru
Загрузить презентацию