Всё сдал! - помощь студентам онлайн Всё сдал! - помощь студентам онлайн

Реальная база готовых
студенческих работ

Узнайте стоимость индивидуальной работы!

Вы нашли то, что искали?

Вы нашли то, что искали?

Да, спасибо!

0%

Нет, пока не нашел

0%

Узнайте стоимость индивидуальной работы

это быстро и бесплатно

Получите скидку

Оформите заказ сейчас и получите скидку 100 руб.!


Параметры и уравнения состояния. Первое начало термодинамики. Смеси идеальных газов

Тип Реферат
Предмет Физика
Просмотров
437
Размер файла
55 б
Поделиться

Ознакомительный фрагмент работы:

Параметры и уравнения состояния. Первое начало термодинамики. Смеси идеальных газов

Параметры и уравнения состояния.

Краткая теоретическая часть

Термодинамика, как общее учение об энергии, является фундаментальной общеинженерной наукой. Как и все научные дисциплины, термодинамика имеет свои понятия и свой математический аппарат. Первоочередным понятием является понятие термодинамической системы – то, с чем термодинамика работает.

Термодинамическая система (ТС) – это ограниченная область пространства (рабочего тела – РТ), подлежащая рассмотрению, вне которой расположена окружающая среда.

Параметры состояния ТС – это макроскопические переменные, характеризующие состояние данной ТС, и зависящие от её свойств.

К параметрам состояния ТС относятся:

удельный объём – v, м3/кг;

температура по шкале Кельвина – T, К;

T = 273,15 + t, °C; (1.1)

абсолютное давление – PатА, Па;

PатА = PатИ + B; (1.2)

PатА = В – РВАК,(1.3)

где: PатА – абсолютное давление, PатИ – избыточное давление, В – барометрическое давление, PВАК – вакуумметрическое давление.

Единицы измерения давления:

в системе СИ – [P] = Па = Н/м2 (1 Н = 1 кг×м/с2);

в несистемных единицах – 1 бар = 105 Па = 750 ммHg;

в технической системе единиц – 1 ат = 1 кГ/см2 = 0,981 × 105 Па = = 735,6 ммHg = 10 мH2O

кГ является единицей силы: 1 кГ = 9,81 Н.

кг является единицей массы: 1 кг = 1000 г. Это эталонная величина.

кГ означает, что на 1 кг силы приходится 9,81 Н.

атмосфера физическая – 1 физ. ат. = 760 мм Hg = 101325 Па.

Переводные соотношения: 1 мм Hg = 133,322 Па; 1 мм H2O = 9,81 Па.

Нормальными условиями состояния ТС являются:

давление 101325 Па;

температура 273,15 К.

Единицы измерения энергии:

в системе СИ – 1 Дж = 1 Нм = 1 кг×м2/с2

в технической системе единиц – 1 кал.

Переводное соотношение: 1 кал = 4,184 Дж.

К функциям состояния ТС относятся:

внутренняя энергия – u; [u] = Дж/кг;

энтальпия – h; h = u + Pv; [h] = Дж/кг;

энтропия – s; [s] = Дж/кг×К.

Внутренняя энергия ТС – это общий запас энергии ТС за вычетом кинетической энергии ТС в целом и её потенциальной энергии положения. Внутренняя энергия ТС зависит от природы вещества, его массы и от параметров состояния ТС. С увеличением массы пропорционально ей возрастает и внутренняя энергия, так как она является экстенсивным свойством ТС. Таким образом, внутренняя энергия ТС является её функцией состояния.

Энтальпия ТС – это энергия расширенной ТС, состоящая из внутренней энергии и работы, которую следует совершить, чтобы ТС объёмом V переместить в окружающую среду с давлением P. Как и внутренняя энергия, энтальпия ТС является её функцией состояния.

Каждая ТС, находящаяся в состоянии равновесия, характеризуется уравнением состояния вида:

F(P, V, T) = 0. (1.4)

Параметры состояния ТС должны быть одинаковыми по всему её объёму. В таком случае её состояние вполне определяется заданием двух параметров, а третий является их функцией:

P = F1(V, T); V = F2(P, T); T = F3(P, V). (1.5)

Уравнение состояния идеального газа:

для единичной массы ТС:

Pv = RT; (1.6)

для массы ТС:

PV = MRT. (1.7)

Уравнение состояния для реальной ТС:

,(1.8)

где: R – универсальная газовая постоянная; a, b – постоянные для каждого газа.

Универсальная газовая постоянная R может быть выражена следующим образом:

[R] = Дж/(моль×К); [Rμ] = Дж/(кг×К).

,(1.9)

где μ – молярная масса ТС.

Далее подстрочный индекс "μ" опустим.

Международный Комитет CODATA (The Committee on Data for Science and Technology) рекомендует следующее значение универсальной газовой постоянной (от 2002 года):

R = 8,314472 Дж/(моль×К).

Задачи для самостоятельного решения.

Задача № 1-1. Манометр показывает давление РМ = 6 кгс/см2 при барометрическом давлении РБ = 752 ммHg. Каково будет абсолютное давление РА, если его выразить в Н/м2, барах, кгс/м2, в кгс/см2, в ммHg, в ммН2О? Каково будет показание манометра, выраженное в этих же единицах, при атмосферном давлении РБ = 0,590 бар, если абсолютное давление останется неизменным? Принять ускорение свободного падения равным g = 9,807 м/с2, плотность воды ρВ = 1 г/см3, плотность ртути ρРТ = 13,6 г/см3.

Задача № 1-2. В конденсаторах турбины поддерживается абсолютное давление, равное РА1 = 0,03 кгс/см2, РА2 = 3,807 кН/м2. Определить вакуум в каждом конденсаторе и выразить его в процентах от барометрического давления РБ = 753 ммHg.

Задача № 1-3. Микроманометр (см. рис.1.1), присоединенный к воздухопроводу, заполнен спиртом с плотностью ρСП = 0,8 г/см3. Определить абсолютное давление в воздухопроводе, если длина столба жидкости в трубке микроманометра, наклоненной под углом α = 30°, равна 180 мм, а барометрическое давление РБ = 1,02 бар. Выразить абсолютное давление в барах, ммHg, и кг/см2.

Рис.1.1.

Задача № 1-4. Давление в паровом котле РМ = 0,4 бар при барометрическом давлении РБ1 = 725 ммHg. Чему равно будет избыточное давление в котле, если показание барометра повысится до РБ2 = 785 ммHg, а состояние пара в котле останется прежним?

Задача № 1-5. Резервуар объемом 4м3 заполнен углекислым газом. Определить массу газа, если его избыточное давление равно РМ = 0,4 бар, а t = 80 °С. Давление воздуха по барометру составляет РБ = 780 ммHg.

Задача № 1-6. Азот массой m = 3,62 кг занимает при Р = 1 физ. ат., Т = = 300 К, объем V = 3,29 нм3. Определить газовую постоянную R, пологая Pv = RT.

Пример. Определить массу 5 м3 водорода при абсолютном давлении РА = 6 бар и температуре 100 °С.

Решение.

m = (P×V×μ) /(R×T) = (6×105 × 5 × 2×10–3) /(8,314 × 373,15) = 1,93 кг.

Задача № 1-7. Плотность воздуха при нормальных условиях равна ρВ = = 1,293 кг/м3. Определите плотность воздуха при давлении Р = 15 бар и температуре t = 20 °C.

Первое начало термодинамики.

Краткая теоретическая часть

Первый закон термодинамики является частным случаем более общего закона – закона сохранения энергии. Первый закон термодинамики устанавливает количественную взаимосвязь между тремя формами энергии: теплотой, внутренней энергией и работой.

Теплота и работа – это две совершенно различающиеся между собой формы энергообмена, проявляющиеся при переходе потоком энергии границы ТС. И теплота, и работа являются функциями процесса.

Работа – это процесс направленной передачи энергии под действием силы. Относительно ТС под работой понимается действие силы на подвижные границы ТС. Теплота – это процесс хаотической передачи энергии под действием градиента (разности) интенсивной величины (не зависящей от массы ТС) – температуры (градиент в этом случае равен ΔT).

Существует множество формулировок первого закона термодинамики, одна из которых: теплота, подведённая к ТС, расходуется на изменение внутренней энергии ТС и совершение ею работы. Математическая форма записи первого закона термодинамики такова:

Q = ΔU + L. (2.1)

Некоторые иные математические формы записи первого закона термодинамики:

δq = du + δl; (2.2)

δq = du + Pdv = dh – vdP. (2.3)

Задачи для самостоятельного решения.

Задача № 2-1.1,5 л воды нагреваются электрическим кипятильником мощностью 300 Вт до температуры кипения. Определить время нагревания τ, если начальная температура воды Т = 293 К, а теплообмен со средой отсутствует.

Задача № 2-2. В котельной электрической станции за 20 часов работы сожжено 62 тонны каменного угля, имеющего теплоту сгорания 28900 кДж/кг (6907 ккал/кг). Определить среднюю мощность станции, если в электрическую энергию превращено 18% тепла, полученного при сгорании угля.

Задача № 2-3. Сколько кг свинца можно нагреть от температуры T1 = = 288 K до температуры его плавления TПЛ = 600 К посредством удара молота массой 20 кг при падении его с высоты 2 м? Предполагается, что вся энергия молота превращается в тепло, целиком поглощаемое свинцом. Теплоемкость свинца CP = 0,1256 кДж/(кг×К).

Задача № 2-4. На электростанции мощностью N = 100 МВт сжигается топливо с теплотой сгорания QPH = 30000 кДж/кг. Коэффициент полезного действия станции ηt = 33,0%. Определить часовой расход топлива G.

Пример. Паросиловая установка мощностью N = 4200 кВт имеет ηt = = 0,33. определить расход топлива в час, если его теплота сгорания QPH = = 25000 кДж/кг.

Решение. G = N/(ηt×QPH) = 4200/(0,33 × 25000) = 1833 кг/ч = 0,51 кг/с.

Задача № 2-5. Воздух в цилиндре занимает объем V1 = 0,25 дм3 и находится под давлением Р1 = 1 бар. Объем воздуха при изотермическом расширении становиться равным V2 = 1,5 дм3. Определить конечное давление Р2 и работу расширения.

Задача № 2-6. Жидкость, находящаяся в сосуде и сообщающаяся с атмосферой PБ = 1 бар, в течении τ = 30 мин перемешивается мешалкой с постоянной частотой вращения n = 75 мин–1 и крутящим моментом М = 12,2 кГм. Начальный объем жидкости V1 = 3,4 м3 увеличивается при этом на 3%. Определить работу расширения жидкости и работу вращения вала, результаты сравнить.

Задача № 2-7. Паровая турбина расходует 0,00110 кг пара на получение 1 кДж электроэнергии. На производство 1 кг пара необходимых параметров затрачивается 3300 кДж. Определить КПД паротурбинной установки.

Задача № 2-8. Определить суточный расход топлива на станции мощностью N = 100000 кВт, если ее КПД 35%, а теплота сгорания топлива QPH = 30000 кДж/кг. Определить также удельный расход топлива на 1МДж переработанной энергии.

Задача № 2-9. Какова стоимость энергии, необходимой для подъема 1000 кг оборудования на вершину башни высотой 516 м, если цена электроэнергии составляет 2 коп / (кВт×ч), а КПД подъемного механизма η = = 0,85?

Смеси идеальных газов.

Краткая теоретическая часть

Газовая смесь – это механическая смесь отдельных газов, не вступающих между собой ни в какие химические реакции. Газовая смесь может быть задана массовыми, объёмными и мольными долями:

(3.1)

(3.2)

(3.3)

Причём, имеют место быть условия:

(3.4)

Где k – количество газов, составляющих газовую смесь.

Соотношения, связывающие вышеприведённые уравнения:

(3.5)

(3.6)

Газовая постоянная смеси газов:

(3.7)

Средняя молекулярная масса смеси газов:

(3.8)

Парциальное давление газа:

(3.9)

Задачи для самостоятельного решения.

Задача № 3-1. В резервуаре ёмкостью 125 м3 находится коксовый газ, при давлении P = 5 бар и температуре Т = 291 К. Газ имеет следующий объемный состав: τ(H2O) = 0,46, τ(CH4) = 0,32, τ(CO) = 0,15 и τ(N2) = 0,07. После отбора части газа его давление понизилось до 3 бар, а температура до 285 К. Определить массу израсходованного газа.

Задача № 3-2. Газовая постоянная смеси водорода Н2 и азота N2 равна RСМЕСИ = 882,54 Дж/(кг×К). Определить массовые доли водорода m(Н2) и азота m(N2), если давление смеси РСМЕСИ = 1,08 бар.

Задача № 3-3. Поток воздуха, имеющий часовой расход GВ = 300 кг/ч и температуру ТВ = 573 К, смешивается с потоком дымовых газов GГ = 400 кг/ч, ТГ = 873 К. Определить температуру смеси и объемные доли газов, если известно, что RГ = 289,277 Дж/(кг×К). Принять давление газов и воздуха одинаковыми, а теплоемкость газов равной теплоемкости воздуха.

Пример. Воздух имеет примерно следующий массовый состав m(O2) = 23,2% и m(N2) = 76,8%. Определить объемный состав воздуха, кажущуюся молекулярную массу, парциальное давление кислорода и азота, если давление воздуха по барометру РБ = 760 ммHg.

Решение.

Объёмный состав воздуха:

τ(N2) = 1 – τ(O2) = 1 – 0,21 = 0,79.

Кажущаяся молярная масса:

Газовая постоянная смеси:

Парциальные давления газов:

P(O2) = τ(O2) × PБ = 0,21 × 760 = 159,6 ммHg.

P(N2) = PБ – P(O2) = 760 – 159,6 = 600,4 ммHg.

Задача № 3-4. Три газовых потока смешиваются между собой (см. рис.3.1). Первый поток представляет собой поток кислорода с расходом G = 115 кг/ч и температурой Т = 573 К, второй – поток оксида углерода с расходом G = 200 кг/ч и Т = 473 К. По третьему каналу течет воздух с температурой ТВ = 673 К.

Рис.3.1.

В результате смешивания этих потоков образуется смесь с температурой ТСМ = 548 К. Определить часовой расход воздуха, если известно, что давление всех трех газов одинаково.

Задача № 3-5. Смесь, состоящая из одного киломоль кислорода и двух киломоль азота при температуре Т1 = 303 К и давлении Р1 = 1 бар, охлаждается при постоянном объеме до температуры Т2 = 283 К. Определить изменение внутренней энергии смеси.

Задача № 3-6.0,3 м3 воздуха смешиваются с 0,5 кг углекислого газа. Оба газа до смешивания имели параметры Р = 6 бар и Т = 318 К. Определить парциальное давление углекислого газа после смешивания.

Задача № 3-7. Объемный состав горючего газа следующий: τ(CO) = 10%, τ(N2) = 45%, τ(CH4) = 35%, τ(C2H4) = 4%, τ(H2) = 3% и τ(CO2) = 3%. Определить кажущуюся молекулярную массу, плотность, удельный объем при нормальных условиях, газовую постоянную R и парциальное давление метана в процентах, а также массовую долю каждого компонента.

Задача № 3-8. Смесь газов состоит из 10 кг азота, 13 кг аргона и 27 кг диоксида углерода. Определить мольный состав смеси ее удельный объем при нормальных условиях, кажущуюся молекулярную массу смеси и газовую постоянную, отнесенную к одному нормальному кубическому метру.

Задача № 3-9. Дымовые газы имеют массовый состав: m(CO2) = 16,1%, m(O2) = 7,5% и m(N2) = 76,4%. Рассчитать энтальпию hСМЕСИ этих газов, отнесенную к одному килограмму смеси, при температуре 1073 К, отсчитанную от 273 К.


Нет нужной работы в каталоге?

Сделайте индивидуальный заказ на нашем сервисе. Там эксперты помогают с учебой без посредников Разместите задание – сайт бесплатно отправит его исполнителя, и они предложат цены.

Цены ниже, чем в агентствах и у конкурентов

Вы работаете с экспертами напрямую. Поэтому стоимость работ приятно вас удивит

Бесплатные доработки и консультации

Исполнитель внесет нужные правки в работу по вашему требованию без доплат. Корректировки в максимально короткие сроки

Гарантируем возврат

Если работа вас не устроит – мы вернем 100% суммы заказа

Техподдержка 7 дней в неделю

Наши менеджеры всегда на связи и оперативно решат любую проблему

Строгий отбор экспертов

К работе допускаются только проверенные специалисты с высшим образованием. Проверяем диплом на оценки «хорошо» и «отлично»

1 000 +
Новых работ ежедневно
computer

Требуются доработки?
Они включены в стоимость работы

Работы выполняют эксперты в своём деле. Они ценят свою репутацию, поэтому результат выполненной работы гарантирован

avatar
Математика
Физика
История
icon
136882
рейтинг
icon
5824
работ сдано
icon
2637
отзывов
avatar
Математика
История
Экономика
icon
135700
рейтинг
icon
3028
работ сдано
icon
1325
отзывов
avatar
Химия
Экономика
Биология
icon
90036
рейтинг
icon
1992
работ сдано
icon
1252
отзывов
avatar
Высшая математика
Информатика
Геодезия
icon
62710
рейтинг
icon
1046
работ сдано
icon
598
отзывов
Отзывы студентов о нашей работе
50 871 оценка star star star star star
среднее 4.9 из 5
ГАУГН
Очень хорошо помог с актуальность для исследования, смело обращайтесь к исполнителю?
star star star star star
Московский институт имени С.Ю. Витте
Реферат конституционное право высший балл 100/100, всё вовремя и грамотно, умница
star star star star star
МГТУ
Прекрасный автор,всё выпонлила досрочно!Были мелкие замечания,точнее я попросила добавить ...
star star star star star

Последние размещённые задания

Ежедневно эксперты готовы работать над 1000 заданиями. Контролируйте процесс написания работы в режиме онлайн

Тема: смертная казнь за и против.

Реферат, Основы Права

Срок сдачи к 10 апр.

только что

«Уголовное право в РФ в отношении несовершеннолетних».

Другое, Обществознание

Срок сдачи к 7 апр.

1 минуту назад

2 Заданий в файле

Другое, Финансовый менеджмент

Срок сдачи к 31 мар.

1 минуту назад

Эффективные коммуникативные техники

Реферат, Деловой русский язык

Срок сдачи к 28 мар.

1 минуту назад
1 минуту назад

Реферат на тему следственный осмотр

Реферат, уголовно-процессуальное право

Срок сдачи к 31 мар.

2 минуты назад

Выполнить лабы по теоретические основы электротехники

Лабораторная, Электротехника

Срок сдачи к 31 мар.

3 минуты назад

Решить 4 задания

Решение задач, Таможенная статистика

Срок сдачи к 30 мар.

3 минуты назад

практическая

Контрольная, метрология

Срок сдачи к 2 апр.

3 минуты назад

Решить

Решение задач, Интегральные Исчисления

Срок сдачи к 30 мар.

3 минуты назад

сделать задания указанные в методичке

Другое, экономика и менеджмент горного дела

Срок сдачи к 31 мар.

4 минуты назад
4 минуты назад

Задача + чертеж

Курсовая, Детали машин и основы конструирования

Срок сдачи к 8 апр.

7 минут назад

Решение задач

Решение задач, Физика

Срок сдачи к 29 мар.

7 минут назад

Необходимо выполнить практическую работу

Другое, конституционное право

Срок сдачи к 1 апр.

8 минут назад

Решить задачу

Решение задач, теоретические основы электротехники

Срок сдачи к 28 мар.

9 минут назад

Сделать презентацию

Презентация, Информатика

Срок сдачи к 31 мар.

10 минут назад

Социальное обеспечение медицинских работников

Курсовая, Социальное обеспечение

Срок сдачи к 4 апр.

10 минут назад
planes planes
Закажи индивидуальную работу за 1 минуту!

Размещенные на сайт контрольные, курсовые и иные категории работ (далее — Работы) и их содержимое предназначены исключительно для ознакомления, без целей коммерческого использования. Все права в отношении Работ и их содержимого принадлежат их законным правообладателям. Любое их использование возможно лишь с согласия законных правообладателей. Администрация сайта не несет ответственности за возможный вред и/или убытки, возникшие в связи с использованием Работ и их содержимого.

«Всё сдал!» — безопасный онлайн-сервис с проверенными экспертами

Используя «Свежую базу РГСР», вы принимаете пользовательское соглашение
и политику обработки персональных данных
Сайт работает по московскому времени:

Вход
Регистрация или
Не нашли, что искали?

Заполните форму и узнайте цену на индивидуальную работу!

Файлы (при наличии)

    это быстро и бесплатно