Enačba stanja. Enačba stanja je enačba, ki vzpostavlja razmerje med toplotnimi parametri Enačba stanja so vrste enačbe stanja.

ENAČBE STANJA, ur-cija, ki izraža razmerje med parametri stanja fizikalno homogenega sistema pri termodinamiki. ravnovesje . Toplotna enačba stanja povezuje tlak p z volumnom V in temperaturo T, pri večkomponentnih sistemih pa tudi s sestavo (molarnimi deleži komponent). Kalorična enačba stanja izraža notranje. energija sistema kot funkcija V, T in sestave. Običajno pod enačbo stanja, razen če ni drugače določeno, pomenijo toplotno. enačba stanja. Iz njega lahko neposredno dobite koeficient. toplotno razširitve, koeficient izotermni kompresijski, toplotni koeficient tlak (elastičnost). Enačba stanja je nujen dodatek k termodinamiki. zakoni. S pomočjo enačb stanja lahko razkrijete odvisnost termodinamike. f-cije iz V in p, integrirajte diferencial. termodinamična razmerja, izračunamo hlapnost (fugatnost) komponent sistema, preko katere se običajno zapišejo pogoji faznega ravnotežja. Termodinamika vzpostavlja povezavo med enačbami stanja in katerim koli termodinamičnim potencialom sistema, izraženo kot funkcija njegovih naravnih spremenljivk. Na primer, če je Helmholtzova energija (prosta energija) F znana kot funkcija T in V, potemenačbe stanja ni mogoče dobiti samo z uporabo zakonov termodinamike, določena je iz izkušenj ali izpeljana s statističnimi metodami. fizika. Zadnja naloga je zelo težka in mogoča. rešeno samo za poenostavljene modele sistema, na primer za idealen plin. Enačbe stanja, ki se uporabljajo za realne sisteme, imajo empirično ali polempirično. značaj. Nekatere najbolj znane in obetavne enačbe stanja so obravnavane spodaj.

Pri enačba stanja za idealni plin je pV=RT, kjer je V molski volumen, R je univerzalna plinska konstanta. Ta enačba je podvržena resničnim plinom z veliko redčenjem (glej enačbo Clapeyron - Mendeleev).

Lastnosti resničnih plinov pri nizkem in srednjem tlaku so dobro opisane z virialno enačbo: pV / RT \u003d 1 + B 2 / V + B 3 / V 2 + ..., kjer je B 2, B 3 - drugi, tretji, itd. viralni koeficienti. Za dano in-va so odvisne samo od t-ry. Viralna enačba stanja je teoretično utemeljena; se pokaže, da je koeficient B 2 določa interakcija. pari molekul, B 3 - interakcija. trije delci itd. Pri visokih gostotah na otokih se zgornja ekspanzija potenk inverzne prostornine razhaja, zato viralna enačba ni primerna za opis tekočin. Služi samo zaizračun hlapnosti plinastih komponent B-B. Običajno omejeno na B 2 /V (redko B 3 /V 2). V lit. vodilni eksperiment. vrednosti viralnih koeficientov., razvite in teoretične. metode za njihovo določanje. Enačba stanja z drugim viralnim koeficientom. B 2 se pogosto uporablja za modeliranje plinske faze pri izračunu faznih ravnotežij v primeru ne previsokih tlakov (do 10 atm). Uporablja se tudi za opis St. v razredčenem p-jarku visoke mol. in-in (glej Raztopine polimerov).

Za praktično pri izračunih faznih ravnotežij v širokem območju t-r in tlakov so pomembne enačbe stanja, ki lahko hkrati opišejo lastnosti tekoče in plinaste faze. Prvič je tako enačbo predlagal I. van der Waals leta 1873:

p \u003d RT (V-b) -a / V 2,

kjer sta a in b van der Waalsovi konstanti, značilni za dano in-va (glej van der Waalsovo enačbo). Ta enačba stanja ima tretji red glede na prostornino V, katero koli izotermo s parametri stanja, ki so manjši od kritičnega. vrednosti (v podkritičnem območju), ima tri veljavne. dal, koren pri fiksni. pritisk . Naib, iz korenin enačbe ustreza plinski fazi, najmanjši - tekočini; povprečna korenina ur-niya nat. nima smisla. V superkritičnem območja parametrov stanja izoterme imajo samo eno veljavno. koren.

Kubich. odvisnost tlaka od prostornine je ohranjena v MH. empirično modifikacije van der Waalsove enačbe. Pogosteje kot drugi se uporablja dvoparameter. ur-tion Peng - Robinson (1976) in Redlich - Kwong - Soave (1949, 1972). Empirično konstante teh enačb stanja je mogoče določiti iz kritične. parametri in-va (glej. Kritično stanje). Za razširitev kroga opisanih enačb stanja sistemov je nabor obravnavanih CB-B, razpon t-p in tlakov, razvit kubičen. Enačbe stanja, ki vsebujejo tri ali več empiričnih. trajno. Pomembna prednost kubika. enačbe stanja - njihova preprostost, zaradi katere izračuni s pomočjo računalnika ne zahtevajo preveč računalniškega časa. Za mnoge sisteme, ki jih tvorijo nepolarni ali šibko polarni v-ti, te enačbe stanja zagotavljajo zahtevano za praktično. natančnost golov.

Če so znani podrobni poskusi. podatki o p-V-T-odvisnostih, za njihovo posplošitev so vključeni multiparametri. empirične enačbe stanja. Ena najpogostejših enačb stanja te vrste je enačba Benedict-Webb Rubin (enačba BVR), razvita leta 1940 na podlagi viralne enačbe stanja. V tej enačbi je tlak p predstavljen kot polinom gostote na otokih s koeficienti, odvisnimi od t-ry. Člani niza visokih vrst so zanemarjeni, za kompenzacijo pa je v enačbo vključen eksponentni člen. To vodi do pojava izoterm v obliki črke S in omogoča opis tekoče faze in ravnotežja tekočina-plin.

Za nepolarne in šibko polarne v-v enačba BVR daje zelo natančne rezultate. Za posamezno snov vsebuje osem nastavljivih parametrov, za zmes pa so dodatno uvedeni parametri mešane (»binarne«) interakcije. Ocenjevanje velikega števila parametrov prileganja je zelo zapletena naloga, ki zahteva številne in raznolike poskuse. podatkov. Parametri enačbe BVR so znani le nekaterim. desetine in-in, pogl. prir. ogljikovodiki in anorg. plini. Spremembe enačbe, ki so namenjene predvsem izboljšanju natančnosti opisa St. v določenih snoveh, vsebujejo še večje število nastavljivih parametrov. Kljub temu za polarna območja ni vedno mogoče doseči zadovoljivih rezultatov. Kompleksnost oblike otežuje uporabo tovrstnih enačb stanja pri izračunu destilacijskih procesov, ko je treba izvesti več ocen hlapnosti komponent, prostornine in entalpije sistema.

Pri opisu mešanic v-v empirično. predpostavlja se, da so konstantne enačbe stanja odvisne od sestave. Za kubično. enačb stanja tipa van der Waals, so splošno sprejeta kvadratna pravila mešanja, po katerih sta konstanti a in b za mešanico določeni iz razmerij:

kjer sta x i , x j molarni deleži komponent, vrednosti a ij in b ij sta povezani s konstantami za posamezne in-in a ii , a jj in b ii , b jj v skladu s pravili kombinacije:

a ij = (a ii a jj) 1/2 (1-k ij); 6 ij = (b ii +b jj)/2,

kjer je k ij - nastavljivi parametri mešane interakcije, določeni s poskusom. podatkov. Vendar pravila kvadratnega mešanja ne omogočajo doseganja zadovoljivih rezultatov za ti. asimetrični sistemi, katerih komponente so zelo različne po polarnosti in pomolu. velikosti, na primer za mešanice ogljikovodikov z vodo.

M. Huron in J. Vidal sta leta 1979 oblikovala pravila mešanja novega tipa, ki temeljijo na lokalnih kompozicijskih modelih, ki uspešno prenašajo asimetrijo koncentracij. odvisnosti presežka Gibbsovega potenciala G E za tekoče zmesi in lahko bistveno izboljša opis faznih ravnotežij. Bistvo pristopa je, da se vrednosti G E tekoče raztopine izenačijo, dobijo iz enačb stanja in izračunajo po izbranem modelu lokalne sestave [Wilsonove enačbe, NRTL (Non-Random Two Liquids equation), UNIQAC (UNIversal QUAsi-Chemical equation) , UNIFAC (UNIque Functional Group Activity Coefficients model); CM. Raztopine neelektrolitov]. Ta smer se intenzivno razvija.

Veliko dvoparametrskih enačbe stanja (van der Waals, virial s tretjim viralnim koeficientom itd.) lahko predstavimo kot reducirano enačbo stanja:

f(p pr, T pr, V pr)= 0,

kjer je p pr \u003d p / p crit, T pr \u003d T / T crit, V pr \u003d V / V crit - zmanjšani parametri stanja. V-va z enakimi vrednostmi p CR in T CR imata enak zmanjšan volumen V np ; tudi faktorji stisljivosti Z = pV/RT sovpadajo, koeficient. hlapnost in nekatere druge termodinamične. f-cije (glej. Zadevna državna zakonodaja). Bolj splošen pristop, ki omogoča razširitev kroga obravnavanih snovi, je povezan z uvedbo dodatnih parametrov v zgornjo enačbo stanja. Naib, preprost med njimi - kritični dejavnik. stisljivost Z krit = p krit V krit /RT krit. in acentrično. faktor w = -Ig p pr -1 (pri T pr = 0,7). Acentrično faktor je pokazatelj nesferičnosti intermolnega polja. sile danega otoka (za žlahtne pline je blizu nič).

K. Pitzer je predlagal uporabo linearne ekspanzije za izračun faktorja stisljivosti

Z(T krit, p krit) \u003d Z 0 (T krit, p krit) + w Z "(T krit, p krit),

kjer Z 0 pomeni koeficient stisljivosti "preproste" tekočine, na primer argona, Z" pa označuje odstopanja od modela preproste tekočine (glej Tekočina). Predlagane so korelacijske relacije, ki določajo odvisnosti Z ° (T crit, р crit)

in Z "(T crit, p crit). Naib, znane so korelacije Leeja in Kesslerja, pri katerih se odvisnost Z 0 od T crit in p crit prenaša z uporabo enačbe BVR za argon. Odvisnost Z" od T crit in p Kretanastavljen, ko je n-oktan izbran kot "referenčna" tekočina. Predpostavlja se, da je Z "(T crit, p crit) \u003d / w *, kjer je w * faktor acentričnosti n-oktana, Z * je njegov faktor stisljivosti po enačbi BVR. Razvita je bila tehnika za uporabo enačba Lee-Kessler in za tekoče zmesi... Ta enačba stanja najbolj natančno opisuje termodinamične lastnosti in fazna ravnotežja za nepolarne snovi in ​​zmesi.

Skupaj z zgornjim empiričnim Enačbe stanja so postale pomembne enačbe, ki lahko upoštevajo značilnosti strukture molekul in intermolov. interakcijo Zanašajo se na določila statistike. teorija in rezultati numeričnih eksperimentov za modelne sisteme. Po mol.-statistiki. interpretacija, van der Waalsova enačba opisuje tekočino trdnih privlačnih krogel, upoštevanih v približku srednjega polja. V novih enačbah je najprej določen člen van der Waalsove enačbe, ki je določen s silami meddelčnega odbijanja. Veliko bolj natančen je Cariahan-Starlingov približek, ki temelji na rezultatih numeričnega modeliranja tekočine trde krogle v širokem razponu gostot. Uporablja se v številnih enačbah stanja, vendar imajo enačbe stanja modelnih sistemov trdnih delcev velik potencial, pri katerih je upoštevana asimetrija pomola. obrazci. Na primer, v enačbi BACK (Boublik-Alder-Chen-Kre-glewski) je prispevek odbojnih sil ocenjen z uporabo enačbe stanja za tekočino trdnih delcev v obliki bučice. Za upoštevanje prispevka privlačnih sil se uporabi izraz, ki približa rezultate, pridobljene z mol. dinamika za tekočino z meddelčnimi potenciali tipa pravokotne vrtine (glej Molekularna dinamika). Enačba BACK in njeni analogi omogočajo z zadostno natančnostjo opisati mešanice, ki ne vsebujejo komponent z visokim vreliščem.

Značilnost opisa mešanic z visokim vreliščem org. B-B - potreba po upoštevanju dodatnih rotacijskih vibracij. stopnje svobode, povezane s premiki segmentov verižnih molekul (npr. C 8 alkeni). Za te sisteme je postala razširjena naib enačba PHCT (Perturbed Hard Chain Theory), ki sta jo predlagala J. Prausnitz in M. Donahue leta 1978. Za posamezno vsebino so značilne tri empirične. parametrov v enačbi PHCT. Pravila kombinacije za mešanico vsebujejo en parameter interakcije mešanice. Nadaljnja izboljšava enačbe PHCT temelji na zamenjavi potenciala pravokotne vrtine, ki opisuje privlačnost molekul, z Lennard-Jonesovim potencialom [enačba Perturbed Soft Chain Theory (PSCT)] in upoštevanje anizotropije intermolov. sile [enačba PACT (Teorija motene anizotropne verige)]. Zadnja enačba dobro opisuje fazna ravnotežja v sistemih s polarnimi komponentami tudi brez uporabe nastavljivih parametrov interakcije parov.
komponentne molekule.

Vedno večje zanimanje za enačbe stanja je predvsem posledica praktične narave. razvojne potrebe. moderno tehnologije, povezane z absorpcijsko ločevanjem snovi, izkoriščanjem naftnih in plinskih polj itd., saj so v teh primerih potrebne količine, opis in napoved faznih ravnotežij v širokem območju t-r in tlakov. Vendar pa še ni dovolj univerzalnosti. enačbe stanja. Vse omenjene enačbe stanja se izkažejo za netočne pri opisovanju stanj blizu kritičnega. točke in niso zasnovani za obravnavanje kritičnih pojavov. Za te namene se razvijajo posebne enačbe stanja, ki pa so še vedno slabo prilagojene za specifične praktične aplikacije. aplikacije.
, vključno z gosto plazmo.

Lit.: R. Reed, J. Prausnitz, T. Sherwood, Lastnosti plinov in tekočin, trans. iz angleščine, L., 1982; Ailes S., Vodja ravnotežja v kemijskem inženirstvu, prev. iz angleščine, 1. del, M., 1989; Viktorov A.I. (in drugi), "Časopis za uporabno kemijo", 1991, letnik 64, št. 5, str. 961-78. G. L. Kuranov.

Več

Za ravnotežni termodinamični sistem obstaja funkcionalno razmerje med parametri stanja, ki se imenuje enačba costoji. Izkušnje kažejo, da so specifična prostornina, temperatura in tlak najpreprostejših sistemov, ki so plini, hlapi ali tekočine, povezani termikrofon enačba ogled stanja.

Enačbi stanja lahko damo drugo obliko:

Te enačbe kažejo, da sta od treh glavnih parametrov, ki določajo stanje sistema, katera koli dva neodvisna.

Za reševanje problemov s termodinamičnimi metodami je nujno potrebno poznati enačbo stanja. Vendar ga ni mogoče dobiti v okviru termodinamike in ga je treba najti bodisi eksperimentalno bodisi z metodami statistične fizike. Posebna oblika enačbe stanja je odvisna od posameznih lastnosti snovi.

Enačba stanja idealnega hapokliči

Enačbi (1.1) in (1.2) to pomenita
.

Upoštevajte 1 kg plina. Glede na to, da vsebuje N molekule in zato
, dobimo:
.

Konstantna vrednost Nk, se nanaša na 1 kg plina, označenega s črko R in pokliči plin nenehnoNoah. Torej

, oz
. (1.3)

Nastala relacija je Clapeyronova enačba.

(1.3) pomnožimo z M, dobimo enačbo stanja za poljubno maso plina M:

. (1.4)

Clapeyronova enačba lahko dobi univerzalno obliko, če plinsko konstanto nanašamo na 1 kmol plina, to je na količino plina, katerega masa v kilogramih je številčno enaka molekulski masi μ. Vstavljanje (1.4) M=μ in V= V μ , za en mol dobimo enačbo Clapeyron - Mendeleev:

.

tukaj
je prostornina kilomola plina in
je univerzalna plinska konstanta.

V skladu z Avogadrovim zakonom (1811) je prostornina 1 kmola, ki je enaka pod enakimi pogoji za vse idealne pline, v normalnih fizikalnih pogojih 22,4136 m 3 , torej

Plinska konstanta 1 kg plina je
.

Enačba stanja realnega hapokliči

V pravih plinih v razlika od idealnega so pomembne sile medmolekularnih interakcij (privlačne sile, ko so molekule na precejšnji razdalji, in odbojne sile, ko so dovolj blizu ena drugi) in notranje prostornine molekul ni mogoče zanemariti.

Prisotnost medmolekularnih odbojnih sil vodi v dejstvo, da se molekule lahko približajo druga drugi le do določene minimalne razdalje. Zato lahko domnevamo, da bo prostornina prostega gibanja molekul enaka
, kje b je najmanjša prostornina, do katere je mogoče stisniti plin. V skladu s tem se povprečna prosta pot molekul zmanjša in število udarcev na steno na enoto časa, posledično pa se poveča tlak v primerjavi z idealnim plinom glede na
, tj.

.

Privlačne sile delujejo v isti smeri kot zunanji tlak in povzročajo molekularni (ali notranji) tlak. Molekulska privlačna sila katerega koli dveh majhnih delov plina je sorazmerna zmnožku števila molekul v vsakem od teh delov, to je kvadratu gostote, zato je molekulski tlak obratno sorazmeren s kvadratom specifična prostornina plina: Rpravijo= a/ v 2, kje a - koeficient sorazmernosti, odvisen od narave plina.

Iz tega dobimo van der Waalsovo enačbo (1873):

,

Pri velikih specifičnih prostorninah in relativno nizkih tlakih realnega plina se van der Waalsova enačba praktično izrodi v Clapeyronovo enačbo stanja idealnega plina, ker je količina a/v 2

(v primerjavi s str) in b (v primerjavi s v) postanejo zanemarljivi.

Kvalitativno van der Waalsova enačba precej dobro opisuje lastnosti resničnega plina, vendar se rezultati številčnih izračunov ne ujemajo vedno z eksperimentalnimi podatki. V številnih primerih so ta odstopanja razložena s težnjo pravih molekul plina, da se združijo v ločene skupine, sestavljene iz dveh, treh ali več molekul. Povezava nastane zaradi asimetrije zunanjega električnega polja molekul. Nastali kompleksi se obnašajo kot neodvisni nestabilni delci. Med trki se razpadejo, nato ponovno kombinirajo z drugimi molekulami itd. Z dvigom temperature se koncentracija kompleksov z velikim številom molekul hitro zmanjša, delež posameznih molekul pa se poveča. Molekule polarne vodne pare kažejo večjo nagnjenost k povezovanju.

ENAČBA STANJA - enačba, ki povezuje tlak R, glasnost V in abs. temp-ru T fizično homogen sistem v stanju termodinamičnega ravnotežja: f(str, V, T) = 0. Ta enačba se imenuje. toplotni U. s., v nasprotju s kalorično U. s., ki določa notranjo. energija U sistemi kot f-tion to-l. dva od treh parametrov p, v, t. Toplotni W. s. omogoča izražanje tlaka glede na prostornino in temperaturo, p=p(V, T) in določiti osnovno delo za neskončno malo razširitev sistema. W. s. je nujen dodatek k termodinamiki. zakonov, ki omogočajo njihovo uporabo za resnične snovi. Ni ga mogoče izpeljati samo z zakoni, ampak je določeno iz izkušenj ali izračunano teoretično na podlagi idej o strukturi snovi s statističnimi metodami. fizika. Od prvi zakon termodinamike sledi le obstoj kalorij. ZDA in iz drugi zakon termodinamike- razmerje med kalorično in toplotno U. z .:

kje a in b- konstante, odvisne od narave plina in ob upoštevanju vpliva sil medmolekularnega privlačenja in končnosti prostornine molekul; viralni U. s. za neidealni plin:

kje B (T), C (T), ...- 2., 3. itd. viralni koeficienti, odvisno od sil medmolekularne interakcije. Virial U. s. omogoča razlago mnogih eksperimentalno rezultati temeljijo na preprostih modelih medmolekularno interakcijo v plinih. V ponudbi so tudi razl. empirično Na straneh, ki temeljijo na eksperim. podatki o toplotni kapaciteti in stisljivosti plinov. W. s. neidealni plini kažejo na obstoj kritičnih. točke (s parametri str do, V K , T j), v katerem postaneta plinasta in tekoča faza identični. Če U. s. predstavljajo v obliki zmanjšane ZDA, torej v brezdimenzijskih spremenljivkah r / r k, V/V K , T/ T do, potem se pri ne prenizki temp-pax ta enačba malo spremeni za razgradnjo. snovi (zakon ustreznih držav),

Za tekočine zaradi težav z upoštevanjem vseh značilnosti medmolekularne interakcije še ni bilo mogoče dobiti splošnega teoretičnega ultrazvočnega koeficienta. Van der Waalsova enačba in njene modifikacije, čeprav se uporabljajo za kvalitete, ocenjujejo obnašanje tekočin, vendar v bistvu ni uporabna pod kritično. točke, kjer je možen soobstoj tekoče in plinaste faze. Ultrazvočno gostoto, ki dobro opisuje lastnosti številnih preprostih tekočin, lahko dobimo iz približnih teorij tekočin. Poznavanje porazdelitve verjetnosti medsebojne razporeditve molekul (parne korelacijske funkcije; gl. Tekočina), je načeloma mogoče izračunati W. s. tekočine, vendar je ta problem kompleksen in ni v celoti rešen niti s pomočjo računalnika.

Za prejem U. strani. trdne snovi uporabljajo teorijo vibracije kristalne mreže, ampak univerzalni U. s. za trdne snovi, ki niso prejete.

Za (fotonski plin) W. s. odločen

Vsi parametri, vključno s temperaturo, so odvisni drug od drugega. Ta odvisnost je izražena z enačbami tipa

F(X 1 ,X 2 ,...,x 1 ,x 2 ,...,T) = 0,

kjer so X 1 ,X 2 ,... posplošene sile, x 1 ,x 2 ,... so posplošene koordinate in T je temperatura. Imenuje se enačbe, ki vzpostavljajo razmerje med parametri enačbe stanja.

Enačbe stanja so podane za enostavne sisteme, predvsem za pline. Za tekočine in trdne snovi, za katere se praviloma predpostavlja, da so nestisljive, enačbe stanja praktično niso bile predlagane.

Do sredine dvajsetega stoletja. znanih je bilo precejšnje število enačb stanja za pline. Vendar pa je razvoj znanosti šel tako, da skoraj vsi niso našli uporabe. Edina enačba stanja, ki se še naprej pogosto uporablja v termodinamiki, je enačba stanja idealnega plina.

Idealen plin Plin se imenuje plin, ki se po lastnostih približa plinu snovi z nizko molekulsko maso pri zelo nizkem tlaku in sorazmerno visoki temperaturi (precej daleč od temperature kondenzacije).

Za idealen plin:

Boylov zakon - Mariotte(pri konstantni temperaturi ostane produkt tlaka plina in njegove prostornine konstanten za dano količino snovi)

Gay-Lussacov zakon(pri konstantnem tlaku razmerje med prostornino plina in temperaturo ostane konstantno)

Charlesov zakon(pri konstantni prostornini razmerje med tlakom plina in temperaturo ostane konstantno)

.

S. Carnot je zgornje relacije združil v eno samo enačbo tipa

.

B. Clapeyron je tej enačbi dal obliko, ki je blizu sodobni:

Volumen V, vključen v enačbo stanja za idealni plin, se nanaša na en mol snovi. Imenuje se tudi molarni volumen.

Splošno sprejeto ime za konstanto R je univerzalna plinska konstanta (zelo redko je najti ime "Clapeyronova konstanta" ). Njena vrednost je

R = 8,31431 J/mol TO.

Približek realnega plina idealnemu pomeni doseganje tako velikih razdalj med molekulami, pri katerih lahko popolnoma zanemarimo lastno prostornino in možnost interakcije, t.j. obstoj sil privlačnosti ali odbijanja med njimi.

Van der Waals je predlagal enačbo, ki upošteva te dejavnike v naslednji obliki:

,

kjer sta a in b konstanti, določeni za vsak plin posebej. Preostale količine, vključene v van der Waalsovo enačbo, imajo enak pomen kot v Clapeyronovi enačbi.

Možnost obstoja enačbe stanja pomeni, da za opis stanja sistema ni mogoče navesti vseh parametrov, ampak njihovo število, manjše od enega, saj je enega od njih mogoče določiti (vsaj hipotetično) iz enačbe države. Za opis stanja idealnega plina je na primer dovolj, da navedemo samo enega od naslednjih parov: tlak in temperatura, tlak in prostornina, prostornina in temperatura.

Prostornina, tlak in temperatura se včasih imenujejo zunanji parametri sistema.

Če je dovoljena hkratna sprememba prostornine, tlaka in temperature, ima sistem dva neodvisna zunanja parametra.

Sistem, ki se nahaja v termostatu (naprava, ki zagotavlja konstantno temperaturo) ali manostat (naprava, ki zagotavlja stalen tlak), ima en neodvisen zunanji parameter.

Možnosti stanja .

1. - absolutni pritisk

2. - specifičen volumen

3. Temperatura
4. Gostota

F (p, v, t) = 0.

proces .

ravnotežni proces

Reverzibilni proces -

termodinamični proces

p-v, p-T procesna krivulja
– enačba obrazca .

Enačba stanja za preprosto telo - .
Idealen plin
PV=nRT
pravi plin

Vprašanje 3. Termodinamično delo, P-V koordinate.

Termodinamično delo: , kjer je posplošena sila, je koordinata.
Specifično delo: , , kje je masa.

Če in , potem je proces širitve, delo je pozitivno.
- Če in , potem je proces stiskanja negativen.
- Z majhno spremembo prostornine se tlak praktično ne spremeni.

Popolno termodinamično delo: .

1. V primeru , potem .

, potem je delo razdeljeno na dva dela: , kjer - učinkovito delo, - nepopravljive izgube, medtem ko - toplota notranjega prenosa toplote, to je, da se nepopravljive izgube pretvorijo v toploto.

________________________________________________________________

Vprašanje 4. Potencialno delo, P-V koordinate, razporeditev dela.

Potencialno delo je delo, ki ga povzroči sprememba tlaka.


- Če in
- Če in , potem je postopek stiskanja v teku.
- Z majhno spremembo tlaka se volumen skoraj ne spremeni.

Skupno potencialno delo je mogoče najti po formuli: .

1. V primeru , potem .

2. Če je dana enačba procesa - , potem .

Kje je delo
prenesejo na zunanje sisteme.

, pri čemer je E hitrost telesa, dz je sprememba višine težišča telesa v gravitacijskem polju.
________________________________________________________

Vprašanje 16. Izobarski proces spreminjanja stanja preprostega telesa. Procesna enačba, P-V predstavitev, razmerje med parametri, delo in prenos toplote, sprememba funkcij stanja.

Če , potem je postopek širitve v teku.

izobarni proces.

Kot , potem .

Za idealen plin:

Prvi zakon termodinamike: .

Za idealen plin: in

Vprašanje 63. Dušitev. Joule-Thomsonov učinek. Osnovni koncepti

Dušenje- proces gibanja snovi skozi nenadno zožitev. Razlogi za nastanek lokalnih uporov med gibanjem toka delovne tekočine skozi kanale so lahko zaporne, regulacijske in merilne naprave; zavoji, zožitve, onesnaževanje kanalov itd.
Joule-Thomsonov učinek- sprememba temperature snovi med adiabatnim dušenjem.

riž. 1.7. Postopek dušenja v h-s diagramu

Razlikovati diferencial in integralni choke - učinki. Vrednost diferencialne dušilke – učinek se določi iz relacije

, kje – Joule-Thomsonov koeficient, [K/Pa].

Integriran učinek zadušitve: .
Joule-Thomsonov koeficient je izpeljan iz matematičnih izrazov za prvi zakon termodinamike in drugi zakon termostatike

1. Če je učinek plina pozitiven ( D h > 0), potem se temperatura delovne tekočine zniža ( dT<0 );

2. Če je učinek zadušitve negativen ( D h< 0 ), nato se temperatura delovne tekočine dvigne ( dT>0);

3. Če je učinek zadušitve nič ( D h = 0), potem se temperatura delovne tekočine ne spremeni. Stanje plina ali tekočine, ki mu ustreza pogoj D h = 0, se imenuje točka inverzij.
___________________________________________________________________

Dvotaktni dizel

Potek dela v dvotaktni dizel v bistvu poteka na enak način kot pri dvotaktnem uplinjačnem motorju in se razlikuje le v tem, da je cilinder odzračen s čistim zrakom. Na koncu se zrak, ki ostane v cilindru, stisne. Ob koncu kompresije se gorivo skozi šobo vbrizga v zgorevalno komoro in se vžge.
Delovni proces pri dvotaktnem dizelskem motorju poteka na naslednji način.
Prvi utrip. Ko se bat premakne navzgor od n. m. t. do v. m.t., najprej se čiščenje konča, nato pa konec sproščanja. Na indikatorskem diagramu je čiščenje prikazano z vrstico b "- a" in izhod - a "- a.
Ko izpušno odprtino zapre bat, se v cilindru stisne zrak. Kompresijska črta na indikatorskem diagramu je prikazana s krivuljo a-c. V tem času se pod batom v ročični komori ustvari podtlak, pod vplivom katerega se avtomatski ventil odpre, čisti zrak pa se sesa v komoro ročične gredi. Ko se bat začne premikati navzdol, se zaradi zmanjšanja prostornine pod batom poveča zračni tlak v ročični komori in ventil se zapre.
Drugi utrip. Bat se premika od m. t. do n. m. t. Vbrizgavanje goriva in zgorevanje se začneta pred koncem kompresije in se končata po prehodu bata. m. t. Na koncu zgorevanja pride do ekspanzije. Potek procesa razširitve na indikatorskem diagramu je prikazan s krivuljo r-b.
Preostali procesi, izpuh in čiščenje potekajo na enak način kot pri dvotaktnem motorju z uplinjačem.

2. vprašanje. Parametri stanja in enačbe stanja.

Možnosti stanja- fizikalne količine, ki označujejo notranje stanje termodinamičnega sistema. Parametri stanja termodinamičnega sistema so razdeljeni v dva razreda: intenzivno (ni odvisno od mase sistema) in ekstenzivno (sorazmerno z maso).

Parametri termodinamičnega stanja imenujemo intenzivni parametri, ki označujejo stanje sistema. Najpreprostejši parametri:

1. - absolutni pritisk - številčno enaka sili F, ki deluje na enoto površine f telesne površine ┴ do zadnje, [Pa=N/m2]

2. - specifičen volumen je prostornina na enoto mase snovi.

3. Temperatura je edina funkcija stanja termodinamičnega sistema, ki določa smer spontanega prenosa toplote med telesi.
4. Gostota snov se imenuje razmerje med maso telesa in njegovo prostornino

Povezava med parametri, ki označujejo stanje enostavnega telesa, se imenuje enačba stanja F (p, v, t) = 0.

Sprememba stanja sistema se imenuje proces .

ravnotežni proces je neprekinjeno zaporedje ravnotežnih stanj sistema.

Reverzibilni proces - ravnotežni proces, ki omogoča vrnitev tega sistema iz končnega stanja v začetno stanje z obratnim procesom.

termodinamični proces se šteje za reverzibilni ravnotežni proces.

Ravnotežne procese je mogoče grafično prikazati na diagramih stanja p-v, p-T itd. Prikliče se vrstica, ki prikazuje spremembo parametrov v procesu procesna krivulja. Vsaka točka krivulje procesa označuje ravnotežno stanje sistema.
Termodinamična procesna enačba – enačba obrazca .

Enačba stanja za preprosto telo - .
Idealen plin- niz materialnih točk (molekul ali atomov), ki so v kaotičnem gibanju. Te točke veljajo za popolnoma elastična telesa, ki nimajo volumna in ne delujejo med seboj. Enačba stanja idealnega plina je Mendeleev-Clapeyronova enačba:
PV=nRT, kjer je P – tlak, [Pa]; V prostornina sistema [m 3]; n količina snovi, [mol]; T – termodinamična temperatura, [K]; R je univerzalna plinska konstanta.
pravi plin- plin, katerega molekule medsebojno delujejo in zasedajo določen volumen. Enačba stanja realnega plina je posplošena Mendeleev-Clapeyronova enačba:
, kjer je Z r = Z r (p,T) faktor stisljivosti plina; m je masa; M je molska masa.
_____________________________________________________________