Energy
education

сайт для тех, кто хочет изучать энергетику

Термодинамика и тепломассообмен

Идеальный газ

Основные законы термодинамики

Современная феноменологическая термодинамика является строгой теорией, развиваемой на основе нескольких постулатов. Процессы, происходящие в термодинамических системах, описываются макроскопическими величинами (температура, давление, концентрации компонентов), которые вводятся для описания систем, состоящих из большого числа частиц, и не применимы к отдельным молекулам и атомам, в отличие, например, от величин, вводимых в механике или электродинамике.

Примеры решения задач по теме "Основные функции состояния рабочего тела, работа газа и первый закон термодинамики"

1. В сосуд, содержащий $5$ л воды при температуре $20$ °С, помещен электронагреватель мощностью $500$ Вт. Определить, сколько времени потребуется, чтобы вода нагрелась до температуры кипения $100$ °С. Потерями теплоты в окружающую среду пренебречь.

2. В котельной электростанции за $10$ ч работы сожжено $100$ т каменного угля с теплотой сгорания $Q_н^р = 7000$ ккал/кг. Найти количество выработанной электроэнергии и среднюю мощность станции за указанный период работы, если КПД процесса преобразования тепловой энергии в электрическую составляет $22$ %.

3. Найти изменение внутренней энергии $1$ кг воздуха при охлаждении его от $t_1 = 300$ °C до $t_2 = 50$ °C. Учесть зависимость теплоемкости от температуры.

4. Определить изменение внутренней энергии $2$ м3 воздуха, если температура его понижается от $t_1 = 200$ °С до $t_2 = 70$ °С. Учесть зависимость теплоемкости от температуры. Начальное давление воздуха (абсолютное) $p_1 = 0.6$ МПа.

5. Найти внутреннюю энергию, энтальпию и энтропию 1 кг азота, если температура его равна (100+10n) °С, а давление (абсолютное) 0.6 МПа.

6. Газ, состояние которого определяется на диаграмме $рv$ точкой $1$ переходит в состояние $2$ по пути $1с2$. При этом к газу подводится $50$ кДж/кг энергии в виде теплоты и газом совершается $30$ кДж/кг работы. Затем этот газ возвращается в исходное состояние в процессе, который в диаграмме $pv$ изображается линией $2а1$. Сколько теплоты нужно подвести к рассматриваемому газу в некотором другом процессе $1d2$, чтобы от газа получить $10$ кДж/кг работы? Сколько нужно подвести или отвести теплоты в процессе $2а1$, если на сжатие в этом процессе расходуется $50$ кДж/кг?

7. Определить внутреннюю энергию, энтальпию и энтропию $1$ кг газовой смеси, объемный состав которой следующий: $r_{O2} = 40$ %; $r_{N2} = 60$ %. Температура смеси $200$ °С, а давление (абсолютное) $0.4$ МПа. Зависимостью теплоемкости от температуры пренебречь.

8. Рабочим телом газотурбинного двигателя является смесь идеальных газов. Массовый состав смеси следующий: CO2 = 20 %, O2 = 8 %, H2O = 10 %, N2 = 62 %. При прохождении через газовую турбину температура потока газовой смеси снижается с $t_1 = 1200$ °C до $t_2 =400$ °C. Определить техническую работу газовой турбины в расчете на $1$ кг рабочего тела, пренебрегая теплообменом в окружающую среду и зависимостью теплоемкости от температуры.

9. В сосуде объемом $200$ л находится углекислота при температуре $t_1=20$ °С и давлении $p_1=10$ МПа. Температура среды $t_0=20$ °С, давление среды $p_0=0.1$ МПа. Определить максимальную полезную работу, которую может произвести находящаяся в сосуде углекислота.

10. Определить максимальную полезную работу, которая может быть произведена $10$ кг кислорода, если его начальное состояние характерезуется параметрами $t_1=400$ °С и $p_1=0.1$ МПа, а состояние среды – параметрами $t_0=20$ °С и $p_0=0.1$ МПа.