При каких условиях свойства реального газа близки к идеальному
Конспект лекции с демонстрациями
Аннотация: традиционное изложение темы, дополненное демонстрацией на компьютерной модели.
Из трех агрегатных состояний вещества наиболее простым является газообразное состояние. В газах силы, действующие между молекулами, малы и при определенных условиях ими можно пренебречь.
Газ называется идеальным, если:
— можно пренебречь размерами молекул, т.е. можно считать молекулы материальными точками;
— можно пренебречь силами взаимодействия между молекулами (потенциальная энергия взаимодействия молекул много меньше их кинетической энергии);
— удары молекул друг с другом и со стенками сосуда можно считать абсолютно упругими.
Реальные газы близки по свойствам к идеальному при:
— условиях, близких к нормальным условиям (t = 00C, p = 1.013·105 Па);
— при высоких температурах.
Законы, которым подчиняется поведение идеальных газов, были открыты опытным путем достаточно давно. Так, закон Бойля — Мариотта установлен еще в 17 веке. Дадим формулировки этих законов.
Закон Бойля — Мариотта. Пусть газ находится в условиях, когда его температура поддерживается постоянной (такие условия называются изотермическими).Тогда для данной массы газа произведение давления на объем есть величина постоянная:
Эту формулу называют уравнением изотермы. Графически зависимость p от V для различных температур изображена на рисунке.
Свойство тела изменять давление при изменении объема называется сжимаемостью. Если изменение объема происходит при T=const, то сжимаемость характеризуется изотермическим коэффициентом сжимаемости который определяется как относительное изменение объема, вызывающее изменение давления на единицу.
Для идеального газа легко вычислить его значение. Из уравнения изотермы получаем:
и тогда
Знак минус указывает на то, что при увеличении объема давление уменьшается. Т.о., изотермический коэффициент сжимаемости идеального газа равен обратной величине его давления. С ростом давления он уменьшается, т.к. чем больше давление, тем меньше у газа возможностей для дальнейшего сжатия.
Закон Гей — Люссака. Пусть газ находится в условиях, когда постоянным поддерживается его давление (такие условия называются изобарическими). Их можно осуществить, если поместить газ в цилиндр, закрытый подвижным поршнем. Тогда изменение температуры газа приведет к перемещению поршня и изменению объема. Давление же газа останется постоянным. При этом для данной массы газа его объем будет пропорционален температуре:
где V0 — объем при температуре t = 00C, — коэффициент объемного расширения газов. Его можно представить в виде, аналогичном коэффициенту сжимаемости:
Графически зависимость V от T для различных давлений изображена на рисунке.
Перейдя от температуры в шкале Цельсия к абсолютной температуре , закон Гей — Люссака можно записать в виде:
Закон Шарля. Если газ находится в условиях, когда постоянным остается его объем (изохорические условия), то для данной массы газа давление будет пропорционально температуре:
где р0 — давление при температуре t = 00C, — коэффициент давления. Он показывает относительное увеличение давления газа при нагревании его на 10:
Закон Шарля также можно записать в виде:
Закон Авогадро: один моль любого идеального газа при одинаковых температуре и давлении занимает одинаковый объем. При нормальных условиях (t = 00C, p = 1.03·105 Па) этот объем равен м-3/моль.
Число частиц, содержащихся в 1 моле различных веществ, наз. постоянная Авогадро:
Легко вычислить и число n0 частиц в 1 м3 при нормальных условиях:
Это число называется числом Лошмидта.
Закон Дальтона: давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений входящих в нее газов, т.е.
где — парциальные давления — давления, которые бы оказывали компоненты смеси, если бы каждый из них занимал объем, равный объему смеси при той же температуре.
Уравнение Клапейрона — Менделеева. Из законов идеального газа можно получить уравнение состояния, связывающее Т, р и V идеального газа в состоянии равновесия. Это уравнение впервые было получено французским физиком и инженером Б. Клапейроном и российским учеными Д.И. Менделеевым, поэтому носит их имя.
Пусть некоторая масса газа занимает объем V1, имеет давление p1 и находится при температуре Т1. Эта же масса газа в другом состоянии характеризуется параметрами V2, p2, Т2 (см. рисунок). Переход из состояния 1 в состояние 2 осуществляется в виде двух процессов: изотермического (1 — 1′) и изохорического (1′ — 2).
Для данных процессов можно записать законы Бойля — Мариотта и Гей — Люссака:
Исключив из уравнений p1′, получим
Так как состояния 1 и 2 были выбраны произвольно, то последнее уравнение можно записать в виде:
Это уравнение называется уравнением Клапейрона, в котором В — постоянная, различная для различных масс газов.
Менделеев объединил уравнение Клапейрона с законом Авогадро. Согласно закону Авогадро, 1 моль любого идеального газа при одинаковых p и T занимает один и тот же объем Vm, поэтому постоянная В будет одинаковой для всех газов. Эта общая для всех газов постоянная обозначается R и называется универсальной газовой постоянной. Тогда
Это уравнение и является уравнением состояния идеального газа, которое также носит название уравнение Клапейрона — Менделеева.
Числовое значение универсальной газовой постоянной можно определить, подставив в уравнение Клапейрона — Менделеева значения p, T и Vm при нормальных условиях:
Уравнение Клапейрона — Менделеева можно записать для любой массы газа. Для этого вспомним, что объем газа массы m связан с объемом одного моля формулой V=(m/M)Vm, где М — молярная масса газа. Тогда уравнение Клапейрона — Менделеева для газа массой m будет иметь вид:
где — число молей.
Часто уравнение состояния идеального газа записывают через постоянную Больцмана:
Исходя из этого, уравнение состояния можно представить как
где — концентрация молекул. Из последнего уравнения видно, что давление идеального газа прямо пропорционально его температуре и концентрации молекул.
Небольшая демонстрация законов идеального газа. После нажатие кнопки «Начнем» Вы увидите комментарии ведущего к происходящему на экране (черный цвет) и описание действий компьютера после нажатия Вами кнопки
«Далее» (коричневый цвет). Когда компьютер «занят» (т.е. идет опыт) эта кнопка не активна. Переходите к следующему кадру, лишь осмыслив результат, полученный в текущем опыте. (Если Ваше восприятие не совпадает с комментариями ведущего,
напишите!)
Начнем демонстрацию
Вы можете убедиться в справедливости законов идеального газа на имеющейся компьютерной модели самостоятельными измерениями.
ТОП 10:
Ид.газ-газ молекулы которого рассматриваются как материальные точки взаимодействующие по законам соударения упругих шаров. Между частицами вещества действуют силы взаимного притяжения и отталкивания. В зависимости от интенсивности хаотического движения и сил взаимодействия между молекулами, которые зависят от внешних условий (температуры, давления), различают три агрегатных состояния вещества: твердое, жидкое, газообразное. С изменением внешних условий наблюдается переход вещества из одного состояния в другое – фазовый переход первого рода. В газообразном состоянии тепловое движение наиболее интенсивно, а силы взаимодействия малы. Пренебрегая взаимодействием молекул и размерами, получаем модель идеального газа как совокупности материальных точек, не взаимодействующих друг с другом и находящихся в непрерывном хаотическом движении. Ясно, что такая модель газа выбрана для простоты расчета. Реальный газ, конечно, не удовлетворяет таким представлениям, однако, если газ находится под небольшим давлением, то по своим свойствам он приближается к идеальному. . Несмотря на существенные упрощения, представления об идеальном газе позволяют находить зависимость макроскопических параметров состояния от микросвойств частиц.
Запишите основное урав кин. теории газов, объясните его смысл.
Следствием хаотичес. движения молекул является давление газа на стенки сосуда. , где р — давление газа на стенки сосуда, n — число молекул в единице объема, m0 — масса молекулы, — среднее значение квадрата скорости теплового движения молекул, — средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы. Число молекул в единице объема равно отношению полного числа молекул газа N, находящихся в сосуде, к его объему V: , тогда Общее число молекул равно: ,где – число молей газа, NA— число Авогадро, тогда Сопоставим это уравнение с эмпирическим уравнением состояния Менделеева — Клапейрона
имеем .
т.к. ,то
Средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул идеального газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре и является мерой интенсивности теплового движения молекул при заданной температуре. Формула выявляет молекулярно-кинетический смысл понятия температуры: температура тела есть количественная мера энергии теплового движения молекул, из которых состоит это тело. Подставляя, мы можем преобразовать основное уравнение кинетической теории газов к виду:p = n k T.
Каков физ смысл температуры? Каков физ смысл постоянной Больцмана?
Температура — характеристика внутреннего состояния макроскопической системы – состояния теплового равновесия. Температура – термодинамический параметр, одинаковый во всех частях термодинамической системы, находящейся в тепловом равновесии. Температуры тел, находящихся в тепловом контакте, выравниваются.
Физический смысл температуры. Опыт: давление газа зависит от температуры — и . Из основного уравнения МКТ идеального газа: . Следовательно .
Опыт показывает, что для любых веществ . Заменяя знак пропорциональности на знак равенства, получим: , где k – коэффициент пропорциональности, называемый постоянная Больцмана, а Т – абсолютная термодинамическая температура.
Абсолютная температура. — абсолютная температура неотрицательна! Т.к. объем газа равен нулю быть не может, то температура равна нулю, если давление равно нулю, а значит, равна нулю скорость поступательного теплового движения (сохраняются т.н. нулевые колебания). Единица температуры – Кельвин (К). Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. Шкала строится так, что
Постоянная Больцмана — физическая постоянная (k), равная отношению универсальной газовой постоянной к постоянной Авогадро.
Величины R, NA являются универсальными постоянными. Их отношение также является универсальной постоянной и называется постоянной Больцмана. Если
R=8,31 Дж/(моль×К),
NА = 6,02×1023 моль-1, то
k = 1,38×10-23 Дж/К.
Объясните принцип действия термоэлектрического термометра.
Термоэлектрический термометр представляет собой цепь, содержащую два спая разнородных металлов, в разрыв одного из проводников которой включен милливольтметр. Для того, чтобы цепь, содержащую два спая разнородных проводников, использовать в качестве термометра, ее необходимо
проградуировать. Для градуировки обычно используют некоторые заранее известные температурные значения, например, температуру таяния льда,
кипения воды, плавления чистых металлов. Во время градуировки один спай термостатируется (т.е. остается при постоянной температуре) в сосуде Дьюара с тающим льдом, а второй поочередно погружается в ванны, в которых создана известная температура. При использовании термоэлектрического термометра для точных измерений температуры лучше измерять возникающую в цепи электродвижущую силу, а не текущий в ней ток. Это связано с тем, что т.э.д.с. зависит только от рода образующих спаи металлов и температуры спаев, в то время как сила текущего в цепи тока определяется, кроме того, сопротивлением измерительного прибора и соединительных проводов и внутренним сопротивлением спаев. Схема экспериментальной установки представлена на рис
10.Назовите преимущества и недостатки термоэлектронного термометра!
Такие термометры обладают тем преимуществом, что позволяют измерять как очень высокие, так и низкие температуры, что невозможно сделать с помощью обычных жидкостных термометров; кроме того, они более чувствительны и простота изготовления, надежность и прочность конструкции.
Недостатком же этого метода, являются так называемая градуировка, то есть составление закономерности зависимоти электрического тока(термо э.д.с) возникающего в цепи от температуры спая, где измеряется температура . Так же отличичтельным недостатком яв-ся: воздействие на цепь внешних электрических полей, сохранение стационарной температуры в сосуде Дьюара.
От чего зависит интервал измеряемых температур для жидкостных термометров и для термоэлектрического термометра?
Жидкостные термометры основаны на принципе изменения объёма жидкости, которая залита в термометр (обычно это спирт или ртуть), при изменении температуры окружающей среды. Основным условием, которое обеспечивает широкий интервал для жидкостных яв-ся то, что рабочая среда-жидкость остается жидкой в широком интервале температур. Например: для ртути диапазоном температуры, в котором он в жидком агрегатном состоянии простирается от -38,87 ~ до 100(порядка двух сотен) градусов Цельсия, для спирта этот диапазон простирается от . Кроме ртути в качестве термометрического вещества в стеклянных термометрах применяются и другие жидкости, преимущественно органического происхождения.
Принцип работы электрических термометров основан на изменении сопротивления проводника при изменении температуры окружающей среды. Электрические термометры более широкого диапазона основаны на термопарах (контакт между металлами с разной электроотрицательностью создаёт контактную разность потенциалов, зависящую от температуры). Интервал измеряемых температурных данных термоэлектронных термометров зависит от материала, из которого сделаны спаи. Т.е. металлы проводники(полупроводники) при достижении достаточно высоких температур (порядка одного или двух тысяч Кельвина) начинают вести себя по-другому. Иначе говоря металл полностью теряет свойство электропроводности при высоких температурах, с ростом температуры появляется все больше и больше препятствий на пути направленного движения свободных электронов под действием электрического поля, т. е. уменьшается средняя длина свободного пробега электрона l. уменьшается подвижность электронов и, как следствие, уменьшается удельная проводимость металлов и возрастает удельное сопротивление (рис. 2-1). Иными словами, температурный коэффициент удельного сопротивления металлов, при низких температурах металлы обладают свойством Сверхпроводи́мости, эти свойства непосредственно так или иначе влияют на интервал измеряемых температур.
Что такое идеальный газ? при каких условиях реал газ близок идеальному?)))
Идеальный газ — математическая модель газа, в которой предполагается, что: 1) потенциальной энергией взаимодействия молекул можно пренебречь по сравнению с их кинетической энергией; 2) суммарный объем молекул газа пренебрежимо мал. Между молекулами не действуют силы притяжения или отталкивания, соударения частиц между собой и со стенками сосуда абсолютно упруги, а время взаимодействия между молекулами пренебрежимо мало по сравнению со средним временем между столкновениями. Реальный газ приближается к идеальным при низких давлениях, когда число молекул в единице объема невелико. Следовательно, при низких давлениях величина коэффициента сжимаемости должна быть близка к единице. С повышением давления молекулы газа сближаются и силы притяжения между молекулами начинают помогать внешним силам, сжимающим газ.
ТОП 10:
Исследования свойств реальных газов показали, что их свойства отклоняются от законов, справедливых для идеальных газов. Отклонения возрастают с увеличением плотности. При условиях, близких к нормальным, аргон, водород, гелий наиболее, а диоксид углерода, кислород, азот и воздух наименее близки к свойствам идеального газа.
Молекулы реальных газов в отличии от идеальных имеют определенные (конечные) размеры, и между ними существуют силы межмолекулярного взаимодействия. При малых межмолекулярных расстояниях внутренние силы действуют как силы отталкивания, а при значительных расстояниях между молекулами действуют силы взаимного притяжения.
Уравнение состояния реального газа можно представить в форме:
рυ= zRT,(3.1)
где z – коэффициент сжимаемости, являющийся сложной функцией температуры и плотности (или давления), характеризует отклонение свойств реального газа от идеального.
Для идеального газа при любых параметрах z=1, а уравнение состояния – уравнение Клапейрона имеет вид:
рυ= RT (3.2)
Состояние реального газа описывает уравнение Ван-дер-Ваальса. Оно дает количественное представление о поведении газов, плотность которых не очень велика, и качественное представление о конденсации и критическом состоянии вещества. Большинство других существующих уравнений состояния применимы лишь в узком интервале переменных, либо имеют значительно более сложный вид. В связи с этим в инженерной практике широкое распространение получили различные таблицы и диаграммы.
В составе уравнения Ван-дер-Ваальса имеются две поправки, учитывающие отклонения реального газа от идеального.
Первая поправка учитывает объем молекул. Молекулы реального газа имеют определенные размеры. Если обозначить объем, занимаемый молекулами Vмол и зазорами между ними Vзаз, то свободный объем для движения молекул будет равен V-b, где b= Vмол+ Vзаз. Величина b – тот наименьший объем, до которого можно сжать газ.
Согласно уравнению Клапейрона давление идеального газа определяется как:
(3.3)
и для реального газа с учетом величины b:
(3.4)
как видно из этих формул при одинаковой температуре давление в реальных газах будет больше.
Меньший свободный объем у реального газа в сравнении с идеальным приводит к большему числу соударений молекул реального газа о стенки, следовательно, к повышению давления.
Вторая поправка учитывает влияние сил взаимодействия между молекулами.
В идеальном газе молекулы движутся хаотично и удары о стенку сосуда ничем не ограничены, ввиду отсутствия сил взаимодействия между молекулами.
В реальном газе молекулы, находящиеся у стенок сосуда, притягиваются соседними молекулами внутрь сосуда. Количество ударов молекул о стенки сосуда, а значит и давление, будет меньше, чем в идеальном газе на величину ∆р, учитывающую силы взаимодействия между молекулами. Эта поправка ∆р прямо пропорциональна как числу притягиваемых, так и числу притягивающих молекул, или прямо пропорциональна квадрату его удельного объема:
(3.5)
где — коэффициент пропорциональности, принимающий для каждого газа определенное значение; ρ – плотность газа.
Уравнение Ван-дер-Ваальса принимает вид:
(3.6)
Уравнение качественно верно отображает поведение реальных веществ в жидком или газообразном состоянии. Для двухфазных состояний оно неприменимо.
Водяной пар
Водяной пар широко применяется в различных отраслях промышленности, главным образом, в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах и как рабочее тело в паросиловых установках.
Пары бывают насыщенные и перегретые. Насыщенные пары разделяют на сухие и влажные.
Для выяснения свойств пара и особенностей каждого из его состояний рассмотрим процесс превращения жидкости в пар, называемый иначе процессом парообразования. Известно, что жидкость может превращаться в пар при испарении и кипении.
Испарением называется парообразование, происходящее только с поверхности жидкости и при определенной температуре. Интенсивность испарения зависит от природы жидкости и ее температуры. Испарение жидкости может быть полным, если над жидкостью находится неограниченное пространство.
Явление испарения заключается в том, что отдельные молекулы жидкости, находящиеся у ее поверхности и обладающие высокими скоростями, а следовательно, и большей по сравнению с другими молекулами кинетической энергией, преодолевая силовое действие соседних молекул, вылетают из жидкости в окружающее пространство. С увеличением температуры интенсивность испарения возрастает, так как увеличиваются скорость и энергия молекул и уменьшаются силы их взаимодействия.
Массовая доля сухого пара во влажном паре называется степенью сухости или массовым паросодержанием и обозначается через х. Массовая доля жидкости во влажном паре называется степенью влажности и обозначается через у. Очевидно, что у = 1 — х. Степень сухости и степень влажности выражают или в долях единицы, или в %: например, если х = 0,95 и у = 1 — х = 0,05, то это означает, что в смеси находится 95% сухого пара и 5% кипящей жидкости.
Если температура пара выше температуры насыщенного пара того же давления, то такой пар называется перегретым. Разность между температурой перегретого пара и температурой насыщенного пара того же давления называется степенью перегрева.
Поскольку удельный объем перегретого пара больше удельного объема насыщенного пара (так как р = const, tпер > tн), то плотность перегретого пара меньше плотности насыщенного пара. Поэтому перегретый пар является ненасыщенным. По своим физическим свойствам перегретый пар приближается к газам и тем больше, чем выше степень его перегрева.
Среди диаграмм, характеризующих состояние водяного пара, наибольшее распространение получили Ts и is-диаграммы. Использование Ts–диаграммы позволяет легко определить количество тепла, участвующего в процессе, что обусловило ее применение для теоретического анализа экономичности тепловых двигателей. При расчетах различных процессов изменения состояния водяного пара используется главным образом is – диаграмма.
| Рис. 3.1. Тs – диаграмма для водяного пара | Рис. 3.2. is — диаграмма водяного пара |
На рис. 3.1 в координатах Ts изображен процесс парообразования при p=const (процесс abcd). Кривая аКс является пограничной кривой, аК – нижней пограничной кривой, Кс – верхней. Начало отсчета энтропии соответствует ее значению при температуре 273 К. Площадь под кривой процесса на Тs – диаграмме соответствует количеству теплоты.
Следовательно, площадь под изобарой ab эквивалентна энтальпии воды i’ при температуре парообразования ТН. На изобарном участке bс, совпадающем с изотермой, происходит процесс парообразования, и площадь под прямой bс соответствует теплоте парообразования r. В изобарном процессе перегрева cd температура пара повышается до значения Т, и к пару подводится количество теплоты СР∙m∙(T—TН). Линии постоянной степени сухости х=const, как и на всех диаграммах, сходятся в критической точке К.
Точка встречи пограничных кривых называется критической точкой и обозначается буквой К. Эта точка соответствует некоторому предельному критическому состоянию вещества, когда отсутствует различие между жидкостью и паром. В этой точке отсутствует участок процесса парообразования. Параметры вещества при этом состоянии называются критическими. Например, для воды рк = 22,1145 МПа, Тк = 647,266 К; для диоксида углерода, рк = 7,32 МПа и Тк = 304,5 К и т. д.
Критическая температура является максимальной температурой насыщенного пара. При температуре выше критической могут находиться лишь перегретые пары и газы. Чем выше температура газа при данном давлении и чем ниже его критическая температура, тем ближе по своим свойствам он будет к идеальному газу.
На рис. 3.2 показаны различные процессы изменения состояния водяного пара на is–диаграмме. Область диаграммы, расположенная левее пограничной кривой еk, соответствует состоянию жидкости. Пограничная кривая kf делит диаграмму на две части. Выше этой кривой расположена область перегретого пара, а ниже – область влажного пара. На пограничной кривой kf пар является сухим насыщенным (х=1). Изобарный процесс изображен линией abc, изотермический – abd (в области влажного пара изотерма и изобара совпадают), изохорный – υ=const и адиабатный – gh. Кроме того, на этой диаграмме показаны линии постоянной степени сухости х=const.
Вопросы
1. Отличия реального газа от идеального.
2. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Сущность поправок в данном уравнении.
3. Определение насыщенного и перегретого пара.
4. Суть процесса испарения.
5. Степень сухости и влажности.
6. Ts и is – диаграммы водяного пара.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
При графическом расчете процессов по любым двум известным величинам (p, υ, T, x, i, s) находят на диаграмме точку, соответствующую начальному состоянию пара, и все неизвестные параметры. Конечное состояние пара можно определить также по двум известным параметрам состояния. Если задан только один конечный параметр состояния, то необходимо знать еще и характер процесса. В этом случае точка, характеризующая конечное состояние, находится на пересечении заданной кривой процесса и соответствующей изопараметрической кривой.
Изохорный процесс
При изохорном (υ=const) нагревании влажный пар можно перевести в сухой насыщенный и перегретый.
Изменение внутренней энергии водяного пара при υ=const:
∆u= u2 – u1 = (i2 – p2υ2) – (i1 – p1υ1). (3.7)
В изохорном процессе внешняя работа l=0, поэтому подведенная теплота расходуется на увеличение внутренней энергии пара:
q = u2 – u1. (3.8)
Изобарный процесс
Подвод теплоты к влажному насыщенному пару приводит к увеличению его степени сухости, и переходу в сухой насыщенный, а дальнейший подвод теплоты способствует его переходу в перегретое состояние. Отвод теплоты приводит к конденсации влажного пар при TS=const.
Теплота, принимающая участие в процессе, равна разности энтальпий:
q = i2 – i1. (3.9)
Работа процесса определяется следующим образом:
l = p∙(υ2 – υ1) (3.10)
Изотермический процесс
Внутренняя энергия водяного пара при изотермическом процессе изменяется в отличии от идеального газа и определяется по формуле (3.7).
Количество теплоты, участвующее в изотермическом процессе, равно:
q = T∙(s2 – s1). (3.11)
Внешняя работа определяется из первого закона термодинамики:
l = q — ∆u. (3.12)
Адиабатный процесс
При адиабатном (s=const, q=0) расширении давление и температура пара уменьшаются, и перегретый пар становится сухим, а затем влажным. Работа адиабатного процесса определяется следующим образом:
l = — ∆u= u1 – u2 = (i1 – p1υ1) – (i2 – p2υ2) (3.13)
Контрольные задания
Задача 1. Определить количество теплоты, сообщаемое 1 кг пара в пароперегревателе котельного агрегата. Нагрев пара изобарный. Начальные параметры пара представлены ниже. Известно также, что после адиабатного расширения пара в турбине х3=0,86, а конечное давление пара Р3= 0,01 МПа.
Таблица 3.1
| Вариант | |||||
| Р1, МПа | 0,5 | ||||
| х1, доля единицы | 0,95 | 0,90 | 0,85 | 0,80 | 0,85 |
Задача 2. Сухой насыщенный пар с энтропией s1 был нагрет изобарно до температуры t2. Определить количество теплоты, необходимое для нагрева и изменение температуры в этом процессе, пользуясь is – диаграммой водяного пара.
Таблица 3.2
| Вариант | ||||||
| s1, кДж/(кг·К) | 6,0 | 6,2 | 6,4 | 6,6 | 6,8 | 7,0 |
| t2, °С |
Задача 3. Перегретый пар расширяется в турбине по адиабате от начального давления Р1 до давления Р2. По is – диаграмме определить конечное состояние пара, изменение внутренней энергии и работу расширения.
Таблица 3.3
| Вариант | ||||||
| Р1, МПа | 5,0 | 6,0 | 7,0 | 8,0 | 9,0 | 10,0 |
| t1, °С | ||||||
| Р2, кПа |
Задача 4. Определить количество теплоты, сообщаемое пару, изменение внутренней энергии и работу расширения, если пар с температурой t1 расширяется по изотерме от давления Р1 до давления Р2.
Таблица 3.4
| Вариант | ||||||
| t1, °С | ||||||
| Р1, МПа | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 5,0 |
| Р2, МПа | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 |
Вопросы
1. Методы, применяемые для исследования термодинамических процессов водяного пара.
2. Определение работы, изменения внутренней энергии и подведенной теплоты в изохорном и изобарном процессах.
3. Определение внешней работы, изменения внутренней энергии и подведенной теплоты в изотермическом и адиабатном процессах.
Отчет по работе должен содержать: название лабораторной работы, цель работы, решение задач, изображение основных процессов водяного пара в Ts, is — диаграммах, краткий вывод.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4