Здравствуйте! Механическое взаимодействие системы с окружающей средой характеризуется величиной работы, которую она совершает, противодействуя внешним силам. Для термомеханической системы необходимым признаком совершения работы является изменение ее объема. Если этот объем не изменяется, то ни при каких условиях не может быть обмена механической энергией между системой и окружающей средой.
Рассмотрим работу, совершаемую системой против внешних сил. Система, ограниченная поверхностью площади f, находится в состоянии равновесия со средой при давлении р (рис. 1).
При подводе к системе извне бесконечно малого количества теплоты объем системы изменяется от V до V + dV. В результате система совершает работу dL, величина которой равна произведению силы pf на перемещение dx:
dL = pfdx. (1)
Произведение fdx представляет собой изменение объема системы dV, поэтому выражение (1) приводится к виду dL = pdV.
Разделив левую и правую части этого уравнения на массу М газа в системе, найдем работу единицы массы газа:
dl = pdv. (2)
Величина v = V/M представляет собой удельный объем газа в системе. Выражение (2) показывает, что работа dl может быть выражена через параметры состояния газа: абсолютное давление р и удельный объем v.
При изучении процессов изменения состояния в термодинамике применяется графический метод, при котором исследуемый процесс изображается на диаграмме, а затем проводится его анализ. Совершаемую при этом работу можно определить, используя рυ-диаграмму (рис. 2). Процесс расширения газа из состояния 1 в состояние 2 на этой диаграмме изображается кривой 1—2. Оче-видно, что работа расширения в элементарном процессе при изменении удельного объема на величину υ эквивалентна площадке dl.
Интегрируя выражение (2) в пределах изменения удельного объема от υ1 до υ2 определяем работу в процессе расширения газа 1—2:
Согласно уравнению (3), работа расширения соответствует на рυ-диаграмме заштрихованной площади под кривой процесса, ограниченной осью абсцисс и крайними ординатами. Это важное свойство рυ-диаграммы широко используется в термодинамике для исследования процессов, происходящих в тепловых двигателях.
Анализ рυ-диаграммы позволяет установить, что работа не определяется однозначно начальными и конечными параметрами состояния газа (положением точек 1 и 2), а зависит также от пути процесса. Между точками 1 и 2 можно провести большое число кривых, которые будут представлять различные процессы. При этом в каждом из процессов работа будет иметь различные значения.
Чем выше расположена кривая, соединяющая точки 1 и 2, тем больше работа расширения системы, так как при этом среднее давление газа в процессе изменения состояния будет иметь большее значение. Следовательно, работа является функцией процесса, и для определения ее величины, помимо начального и конечного состояний, должна быть задана зависимость, описывающая характер процесса. Исп. литература: 1) Основы теплоэнергетики, А.М. Литвин, Госэнергоиздат, 1958. 2)Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,"Вышейшая школа", 1976. 3) Теплотехника, изд.2, под общей ред. И.Н.Сушкина, Москва «Металлургия», 1973.
Добавить комментарий