Идеальный газ - математическая модель газа, в которой предполагается, что потенциальной энергией молекул можно пренебречь по сравнению с их кинетической энергией. 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.
2. Что такое степени свободы молекул? Как число степеней свободы связано с коэффициентом Пуассона γ?
Числом степеней свободы тела называется число независимых координат, которые необходимо задать для того, чтобы полностью определить положение тела в пространстве. Так, например, материальная точка, произвольно движущаяся в пространстве, обладает тремя степенями свободы (координаты x, y, z).
Молекулы одноатомного газа можно рассматривать как материальные точки на том основании, что масса такой частицы (атома) сосредоточена в ядре, размеры которого очень малы (10 -13 см). Поэтому молекула одноатомного газа может иметь лишь три степени свободы поступательного движения.
Молекулы, состоящие из двух, трех и большего числа атомов, не могут быть уподоблены материальным точкам. Молекула двухатомного газа в первом приближении представляет собой два жестко связанных атома, находящихся на некотором расстоянии друг от друга
3. Чему равна теплоемкость идеального газа при адиабатическом процессе?
Теплоемкостью называется величина, равная количеству теплоты, которое нужно сообщить веществу, чтобы повысить его температуру на один кельвин.
4. В каких единицах измеряются в системе си давление, объем, температура, молярные теплоемкости?
Давление – кПа, объем – дм 3 , температура – в Кельвинах, молярные теплоемкости – Дж/(мольК)
5. Что такое молярные теплоемкости Ср и Сv?
У газа различают теплоемкость при постоянном объеме С v и теплоемкость при постоянном давлении С р.
При постоянном объеме работа внешних сил равна нулю, и все сообщаемое газу извне количество теплоты идет целиком на увеличение его внутренней энергии U. Отсюда молярная теплоемкость газа при постоянном объеме С v численно равна изменению внутренней энергии одного моля газа ∆Uпри повышении его температуры на 1К:
∆U=i/2*R(T+1)-i/2RT=i/2R
Таким образом, молярная теплоемкость газа при постоянном объеме
С v =i/2R
удельная теплоемкость при постоянном объеме
С v =i/2*R/µ
При нагревании газа при постоянном давлении газ расширяется, сообщаемое ему извне количество теплоты идет не только на увеличение его внутренней энергии U, но и на совершение работыAпротив внешних сил. Следовательно, теплоемкость газа при постоянном давлении больше теплоемкости при постоянном объеме на величину работыA, которую совершает один моль газа при расширении, происходящем в результате повышения его температуры на 1Kпри постоянном давленииP:
С р = С v +A
Можно показать, что для моля газа работа A=R, тогда
С р = С v +R=(i+2)/2*R
Пользуясь соотношением между удельными в молярными теплоемкостями, находим для удельной теплоемкости:
С р = (i+2)/2*R
Непосредственное измерение удельных и молярных теплоемкостей затруднительно, так как теплоемкость газа составит ничтожную долю теплоемкости сосуда, в котором находится газ, и поэтому измерение будет чрезвычайно неточно.
Проще измерить отношение величии С р / С v
γ=С р / С v =(i+2)/i.
Это отношение зависит только от числа степеней свободы молекул, из которых состоит газ.
Одним из которых является газ. Составляющие его частицы - молекулы и атомы - расположены друг от друга на большом расстоянии. При этом они находятся в постоянном свободном движении. Это свойство указывает на то, что взаимодействие частиц происходит только в момент сближения, резко увеличивая скорость сталкивающихся молекул и их величину. Этим газообразное состояние вещества отличается от твердого и жидкого.
Само слово «газ» в переводе с греческого звучит как «хаос». Это отлично характеризует движение частичек, которое на самом деле беспорядочно и хаотично. Газ не образует определенной поверхности, он заполняет весь доступный ему объем. Такое состояние веществ - самое распространенное в нашей Вселенной.
Законы, которые определяют свойства и поведение такого вещества, легче всего формулировать и рассматривать на примере состояния, в котором молекул и атомов низкая. Оно получило название «идеальный газ». В нем расстояние между частицами больше, чем радиус взаимодействия межмолекулярных сил.
Итак, идеальный газ - это теоретическая модель вещества, в которой почти полностью отсутствует взаимодействие частиц. Для него должны существовать следующие условия:
Очень маленькие размеры молекул.
Нет силы взаимодействия между ними.
Столкновения происходят как столкновения упругих шариков.
Хорошим примером такого состояния вещества можно назвать газы, в которых давление при низкой температуре не превышает атмосферное в 100 раз. Они причисляются к разряженным.
Само понятие «идеальный газ» дало возможность науке выстроить молекулярно-кинетическую теорию, выводы которой находят подтверждение во многих экспериментах. По этому учению различаются идеальные газы классические и квантовые.
Характеристики первого находят свое отражение в законах классической физики. Движение частиц в этом газе не зависит друг от друга, оказываемое давление на стенку равняется сумме импульсов, которые при столкновении передаются отдельными молекулами за определенное время. Их энергия же в сумме составляет объединенную отдельными частицами. Работа идеального газа в этом случае рассчитывается p = nkT. Ярким примером этого служат законы, выведенные такими учеными-физиками, как Бойль-Мариотт, Гей-Люссак, Шарль.
Если идеальный газ понижает температуру или увеличивает плотность частиц до определенного значения, повышаются его волновые свойства. Происходит переход к газу квантовому, при котором атомов и молекул сравнима с расстоянием между ними. Здесь различают два типа идеального газа:
Учение Бозе и Эйнштейна: частицы одного вида имеют целочисленный спин.
Статистика Ферми и Дирака: другой тип молекул, имеющих полуцелый спин.
Отличие классического идеального газа от квантового состоит в том, что даже при абсолютно нулевой температуре значение плотности энергии и давления отличаются от нуля. Они становятся больше при увеличении плотности. В этом случае частицы имеют максимальную (другое название - граничную) энергию. С этой точки зрения рассматривается теория строения звезд: в тех из них, в которых плотность выше 1—10 кг/см3, ярко выражен закон электронов. А где она превышает 109кг/см3, вещество превращается в нейроны.
В металлах использование теории, при которой классический идеальный газ переходит в квантовый, позволяет объяснить большую часть состояния вещества: чем плотнее частицы, тем это ближе к идеалу.
При сильно выраженных низких температурах различных веществ в жидких и твердых состояниях коллективное движение молекул можно рассматривать как работу идеального газа, представленного слабыми возбуждениями. В таких случаях виден вклад в энергию тела, который добавляют частицы.
Удовлетворяющий следующим условиям:
1) собственный объём молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объёмом сосуда;
2) между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия;
3) столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие.
2. Какими параметрами характеризуется состояние газа? Дайте молекулярно-кинетическое толкование параметров р,Т.
Состояние данной массы газа m характеризуют параметры: давление p, объём V, температура T.
3. Запишите формулу, связывающую температуры по шкале Кельвина и по шкале Цельсия? Каков физический смысл абсолютного нуля?
Связь между термодинамической температурой T и температурой по стоградусной шкале Цельсия имеет вид T = t + 273,15. При абсолютном нуле энергия молекул равна нулю.
4. Запишите уравнение состояния идеального газа.
Уравнение состояния идеального газа (иногда уравнение Клапейрона или уравнение Клапейрона - Менделеева) - формула, устанавливающая зависимость между давлением , молярным объёмом и абсолютной температурой идеального газа. Уравнение имеет вид: , где p - давление, Vμ - молярный объём, T - абсолютная температура, R - универсальная газовая постоянная.
5. Какой процесс называется изотермическим? Запишите и сформулируйте закон Бойля-Мариотта и начертите график зависимости давления от объема.
Д
ля данной массы газа при постоянной температуре произведение давления газа на его объём есть величина постоянная , при . Процесс, протекающий при постоянной температуре , называется изотермическим.
6. Какой процесс называется изохорическим? Запишите и сформулируйте закон Шарля. Начертите график зависимости давления от температуры.
Д
авление данной массы газа при постоянном объёме изменяется линейно с температурой , при .
Процесс, протекающий при постоянном объёме, называется изохорным.
7. Какой процесс называется изобарическим? Запишите и сформулируйте закон Гей-Люссака. Начертите график зависимости объема от температуры.
О
бъём данной массы газа при постоянном давлении изменяется линейно с температурой: , при . Процесс, протекающий при постоянном давлении, называется изобарным.
8. Какой процесс называется адиабатическим? Запишите уравнение Пуассона и представьте его графически. (см. приложение № 2)
А
диабатический процесс – это процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой , следовательно .
Работа в ходе адиабатического расширения осуществляется за счет убыли внутренней энергии.
Уравнение Пуассона , где - показатель адиабаты.
9. Запишите и сформулируйте первый закон термодинамики. Дайте понятие внутренней энергии , работы, количества тепла.
Количество теплоты, полученное системой, идёт на изменение её внутренней энергии и совершение работы против внешних сил.
Изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе и не зависит от способа , которым осуществляется этот переход.
1
0. Запишите выражение для работы расширения газа. Как ее представить графически на рV диаграмме.
11. Примените первый закон термодинамики ко всем процессам, рассматриваемым в данной лабораторной работе и проанализируйте вытекающие из него следствия.
12. Дайте определение удельной и молярной теплоемкостей и запишите соотношение между ними.
Удельная теплоёмкость вещества – величина равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 кг вещества на 1 К .
С=сM.
13. Выведите уравнение Майера. Какая из теплоемкостей С P или C V больше и почему?
Связь между молярными и теплоёмкостями (уравнения Майера) .
Связь между удельными теплоёмкостями
Степеней свободы число в механике, число независимых между собой возможных перемещений механической системы. Число степеней свободы зависит от числа материальных частиц , образующих систему, и числа и характера наложенных на систему механических связей. Для свободной частицы число степеней свободы равно 3, для свободного твёрдого тела - 6, для тела, имеющего неподвижную ось вращения , число степеней свободы равно 1 и т.д. Для любой голономной системы (системы с геометрическими связями) число степеней свободы равно числу s независимых между собой координат, определяющих положение системы, и даётся равенством 5 = 3n - к, где n
16. Нарисуйте и поясните на рV диаграмме последовательно все процессы, происходящие с газом.
17. Какова причина изменения температуры воздуха в баллоне при накачивании воздуха в баллон и при выпуске его из баллона?
18. Выведите расчетную формулу для определения отношения теплоемкостей γ.
идеальными газами
Термодинамическая система, термодин. процесс, параметры идеал. газа.
Непрерывное изменение состояния рабочего тела в результате взаимодействия его с окруж. средой наз. термодинамическим процессом
Различают равновесные и неравновесные процессы. Процесс, протекающий при значительной разности t и давлений окружающей среды и рабочего тела и неравномерное их распределение по всей массе тела, наз. неравновесным. Если же процесс происходит бесконечно медленно и малой разности t окруж. среды и рабочего тела и равномерного распределения t и давления по всей массе тела, наз. равновесным.
К осн. параметрам состояния газов относятся: давление, t и удельный объем, плотность.
· Давление - результат удара газа о стенки сосуда, в кот он находится..
Различают абсолютное давл (полное) и избыточное. Под абсолютным давлением подразумевается полное давление, под которым находится газ.
Рабс=Рб+gph, gph=Ризб
Где Рабс - абсолютное (полное) давление газа в сосуде, Рб- атмосферное давление в барометре, g - усоркние св. пад. в точке измерения, p - плотность жидкости, h - высота столба жидкости.
Под избыточным давлением понимают разность между абсолютным давлением, большим, чем атмосферное, и атмосферным давлением.
1атм=735.6мм.рт.ст.=1кг/см2=10 4 кг/м2=10 5 Па=1бар=10м.вод.ст
· Температура - мера средней кинетической энергии хаотического движения молекул рабочего тела. Температура - параметр, характеризующий тепловое состояние тела. Температура тела определяет направление возможного самопроизвольного перехода тепла от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой.
Для измерения температур приняты стоградусная шкала, шкала Кельвина, шкала Фаренгейта. В стоградусной шкале при pб =101,325кПа(760 мм.рт.ст.) за 0 0 С принимается температура таяния льда, а за 100 0 С – температура кипения воды. Градус этой шкалы обозначается через 0 С.
· Удельным объемом, v, м3/кг, называется объем единицы массы газа, т. е. v=V/М где V - полный объем газа, м3; М - масса газа, кг, Обратная величина, кг/м3, P=G/V явл. Плотностью, представляющей собой количество вещества, заключенного в 1 м3, т. е. массу единицы объема.
Внутренняя энергия идеального газа. Параметр состояния.
Внутренняя энергия газа U, Дж/кг – запас кинетической энергии газа, характеризующейся суммой кинетических энергий поступательного, вращательного движения молекул, энергии внутримолекулярного колебания атомов и энергии межмолекулярного взаимодействия (потенциальной энергии).
Первые 3 составляющие являются функцией от температуры, последняя (потенциальная энергия) = 0 (для идеального газа), след-но внутренняя энергия идеального газа зависит только от его температуры и не зависит от объема: U=f(T).
Изменение внутр. энергии рабочего тела не зависит от его промежуточных состояний и хода процесса и определяется конечным и начальным состоянием: ∆U=U 2 -U 1 , Дж/кг, где U 2 -конечная внутренняя энергия, U 1 -начальная.
Во всех термодинамических процессах, если V=const, т.е. рабочее тело не расширяется и не совершает работы, сообщаемая ему теплота q=c v (T 2 -T 1) идёт только на увеличение его внутренней энергии т.е.:
∆U= c v (T 2 -T 1); ∆U= М(U 2 -U 1); ∆U= c v ∙dT
Для бесконечно малого изменения внутр. энергии: dU= c v ∙dt
Теплоёмкость газа.
Теплоёмкость (С) - кол-во тепловой энергии, необходимой для изменения температуры газа на 1 0 С. Измеряется в Дж/К.
Удельная теплоёмкость – теплоёмкость, отнесённая к одной количественной единице (кг, моль, м 3).
С, Дж/кг∙К – массовая теплоёмкость (к 1 кг)
С " , Дж/м 3 ∙К – объёмная теплоёмкость (к 1 м3)
µС, Дж/к моль∙К – молярная теплоёмкость (к 1 кмолю)
Между ними имеют место след. Отношения:
Если к телу подводиться бесконечно малое кол-во тепла, то это мгновенная теплоемкость: С= dq/dt , Дж/кг∙ 0 С.
Если к телу с температурой Т1 подводиться некоторое кол-во тепла q, то его температура становиться равной Т2 – средняя теплоёмкость: C m =q/T2-Т1
T 1 →T 2 q=∫Cdt C m | T 1 T 2 =q/T 2 -T 1
C m | T 2 T 1 =∫Cdt/T 2 -T 1 =(C m | 0 T 2 ∙T 2 -C m | T 1 0 ∙T 1)/T 2 -T 1
Особое значение для нагревания (или охлаждения) газа имеют условия, при которых происходит процесс подвода (или отвода) теплоты. В теплотехнике наиболее важным является:
Нагревание (или охлаждение) при постоянном объеме – изохорная теплоемкость;
Нагревание (или охлаждение) при постоянном давлении – изобарная теплоемкость.
Газовые смеси.
Идеальные газы, молекулы которых химически не реагируют друг с другом и между которыми отсутствуют силы притяжения и отталкивания, ведут себя в смеси так, как будто каждый из них находится в занимаемом объеме один. Это значит, что каждый газ, входящий в смесь, занимает весь предоставленный для смеси объем и находится под своим, так называемым, парциальным давлением.
Общее давление смеси газов в таком случае будет состоять из суммы парциальных давлений (закон Дальтона):
P i - парциальное давление отдельного компонента - давление оказывающее о стенки сосуда при t и v газовой смеси.
Следовательно:
Температура каждого газа в установившемся состоянии будет равна температуре смеси:
Ур-ние состояния смеси газов выводится на основании ур-ний состояния отдельных компонентов смеси и имеет вид: . Для того чтобы можно было пользоваться этим уравнением, следует определить величину газовой постоянной смеси R см.
R см = g 1 *R 1 +g 2 *R 2 +…+g n *R n ,
где g 1 ,g 2 ,..,g n - массовые доли компонентов. Газовую постоянную смеси, Дж/(кг*К), можно найти также по формуле:
Газовая смесь может быть задана массовыми и обьемными долями:
Q i =M i /M cm =p i *r i /p cm ;
Цикл Карно. Теорема Карно.
Состоит из 4 процессов: 2 изотермических, 2 адиабатных.
В результате своих исследований Карно предложил цикл, имеющий действительно наивысший возможный термический КПД в заданных температурных границах, т. е. при заданных температурах теплоотдатчика и теплоприемника.
Рассмотрим этот цикл в координатах р-v, считая, что он является равновесным и что, кроме того, его совершает 1 кг рабочего тела. В начале процесса рабочее тело имеет параметры p1,v1,T1(точка 1). Эта точка соответствует моменту, когда рабочее тело сообщается с теплоотдатчиком и начинается процесс расширения при постоянной температуре, равной Т1 до точки 2. В процессе расширения по изотерме 1-2 к рабочему телу подводится теплота в количестве q1. Работа изотермического расширения определяется площадью 122 1 1 1 . За процессом 1-2 следует разобщение рабочего тела с теплоотдатчиком и происходит дальнейшее расширение по адиабате 2-3. Этот процесс продолжается до тех пор, пока поршень не займет крайнее положение, что соответствует точке 3. Работа адиабатного расширения определяется площадью 233 1 2 1 . В этот момент, т. е. в точке 3, рабочее тело сообщается с ХИТ, имеющим температуру Т2, и начинается процесс сжатия, в течение которого должно быть отведено q2 единиц теплоты. Начинается процесс изотермического сжатия – процесс 3-4. Работа 344 1 3 1 отрицательна. Когда отвод теплоты q2 прекратится, рабочее тело разобщается с теплоприемником (точка 4); дальнейшее сжатие происходит по адиабате 4-1. Работа 411 1 4 1 отрицательна. В конце этого процесса рабочее тело принимает первоначальные параметры.
В итоге получили результирующую положительную работу Lц.
Теорема Карно: процесс происходит в тепловом двигателе между 2 источниками тепла с температурой Т1 и Т2 и КПД процесса зависит только от этих температур.
12. Реальный газ. Парообразование в координатах PV. Теплота парообразования. Степень сухости пара.
Газы, молекулы которого обладают силами взаимодействия и имеют конечные, хотя и весьма малые, геометр. размеры, наз. реальными газами.
Рассмотрим процесс парообразования при постоянном давлении в координатах PV. Если подогреть воду при постоянном давлении, то объем увеличивается и при температуре, которая соответствует кипению воды, достигает величины b. при дальнейшем подводе теплоты к кипящей воде последняя начнет превращаться в пар, при этом давление и температура смеси воды с паром неизменные. Когда в процессе парообразования последняя частица превратится в пар, весь объем окажется заполнен паром. Такой пар насыщенным паром, а его температура называется температурой насыщения.
На участке b-c пар является влажным насыщенным. После полного испарения воды (точка с) пар становится сухим насыщенным. Влажный пар характеризуется степенью сухости x. Степенью сухости- массовая доля сухого насыщенного пара, находящего в 1 кг влажного пара. Рассмотрим процесс парообразования при более высоком давлении. Удельный объем при 0 С с повышением давления не изменяется. Удельный объем кипящей воды увеличится. Точка С’, соответствующая сухому насыщенному пару, левее точки С, т.к. давление возрастает более интенсивно, чем температура сухого насыщенного пара. Параметры отвечающие точке k называются критическими.
Парообразование изображается линией b-c. Количество теплоты, затраченное на превращение 1 кг кипящей воды в сухой насыщенный пар называется теплотой парообразования и обозначается r. С увеличением давления теплота парообразования уменьшается. В точке d пар не насыщает пространство и имеет высокую температуру. Такой пар называется перегретым.
Для определения параметров состояния влажного пара должна быть известна степень сухости.
13. Влажный воздух. Его св-ва.
Влажным воздухом наз. парогазовая смесь, состоящая из сухого воздуха и водяных паров. Состав влажного воздуха: 23% по массе кислорода, 21% по объему кислорода.
Влажный воздух, содержащий максимальное количество водяного пара при данной температуре, наз. насыщенным. Воздух, в котором не содержится максимально возможное приданной t колич. водяного пара, наз. ненасыщенным. Ненасыщенный влажный воздух состоит из смеси сухого и перегретого водяного пара, а насыщенный влажный воздух-из сухого воздуха и насыщенного водяного пара. Чтобы превратить из ненасыщеного в насыщенный влажный воздух нужно охладить.
Из ур-ний состояний реального газа наиболее простым явл. ур-ние Ван-дер-Ваальса: (p+a/v2)*(v-b)=RT,
где а- коэф., зависящий от сил сцепления;
b- величина, учитывающая собственный объем молекул.
Свойства: масса, температура, газовая постоянная, теплоемкость.
1) абсолютная влажность-кол-во водяных паров, содержащихся в 1 м3 воздуха (кг\м3),
2) относительная влажность-отношение плотности насыщенного пара к максимальному насыщенному пару ϕ=(ρ n \ρ нас)*100
где 1,005 –теплоемкость сухого воздуха
1,68 – теплоемкость перегретого воздуха.
5) Закону Дальтона. Давление влажного воздуха Рвв равно Рвв = Рсв + Рп, где Рсв, Рп -парциальные давления соответственно сухого воздуха и
Закон Кирхгофа, Ламберта.
З-н Кирхгофа. По закону Кирхгофа отношение излучательной способности тела Е к его поглощательной способности А для всех тел одинаково и равно излучательной способности абсолютно черного тела Е 0 при той же температуре и зависит только от температуры, т. е. Е/А=Е 0 =f(T). Так как Е/Е 0 = а, то для всех серых тел А=а, т.е. поглощательная способность тела численно равна степени его черноты.
Рассмотрим случай теплообмена излучением между 2 стенками, имеющими большую повех-ть и расположенными параллельно на небольшом расстоянии одна от другой, т.е. так, что излучение каждой стенки полностью попадает на противоположную.
Пусть температуры поверх-ти стенок постоянно поддерживаются Т1 и Т2, причем Т1>Т2, а коэф-ты поглощения стенок равны соотв. А1 и А2, причем А1=а1, А=а2, т.е. коэф-ты поглощения и степени черноты соотв. равны. для этого на основании з-на Стефана-Больцмана получим:
Спр - приведенный коэф-т излучения, Вт/м2*К.
Здесь С1 и С2 – константы излучения тел, между которыми происходит процесс лучистого теплообмена.
Ур-е (1) можно использовать для расчета теплообмена, одно из которых имеет выпуклую форму и окружено поверх-тью другого, т.е. нах. в замкнутом пространстве. Тогда:
; F1,F2-поверхности 1 и 2-го тел, участвующие в лучистом теплообмене.
При произвольном расположении тел, между которыми происходит теплообмен излучением Е1-2, расч ф-ла прмет вид:
В данном случае Спр=С1*С2/Со, а коэф-т фи (так наз. Угловой коэф-т или коэф-т облучения)- величина безразмерная, зависящая от взаимного расположения, формы и размеров поверх-тей и показывающая долю лучистого потока, которая падает на F2 от всего потока, отдаваемого F1 лучеиспусканием.
З-н Ламберта - определяет зависимость излучаемой телом энергии от ее направления. Е φ =Е 0 ∙cosφ. Е 0 - количество энергии, излучаемое по нормали к поверхности; Е φ - количество энергии, излучаемое по направлению, образующему угол φ с нормалью, то по з-ну Ламберта:
Т.о., з-н Ламберта определяет зависимость излучаемой телом энергии от ее направления.
Микроклимат помещений.
Микроклимат - совокупность значений таких параметров как температура, относ. Влажность, скорость и ср. температура внутренних поверхностей, обеспечивающих норм. жизнедеятельность человека в помещ. и норм. течение производственных процессов.
Микроклимат: комфортный, допустимый и дискомфортный.
Интенсивность теплоотдачи человека зависит от микроклимата помещения, характеризующегося t-рой внутр. воздуха tв, радиационной t-рой помещения tr, скоростью движ. и относительной влажностью φв воздуха. Сочетания этих параметров микроклимата, при ктр сохраняется тепловое равновесие в организме человека и отсутствует напряжение в его системе терморегуляции, наз. комфортными. Наиболее важно поддерживать в помещении в первую очередь благоприятные t-ные условия, т.к. подвижность и относительная влажность воздуха имеют несущ колебания. Кроме оптимальных различают допустимые сочетания параметров микроклимата, при которых человек ощущает небольшой дискомфорт.
Часть помещения, в которой человек находится основное рабочее время, называют обслуживаемой или рабочей зоной. Комфорт должен быть обеспечен прежде всего в этой зоне.
Тепловые условия в помещении зависят главным образом от tв и tr, т.е. от его t-ной обстановки, ктр. принято характеризовать двумя условиями комфортности. Первое условие комфортности температурной обстановки опред. такую область сочетаний tви tr, при ктр. человек, находясь в центре рабочей зоны, не испытывает ни перегрева, ни переохлаждения.
Второе условие комфортности определяет допустимые температуры нагретых и охлажденных поверхностей при нахождении человека в непосредственной близости от них.
Во избежание недопустимого радиационного перегрева или переохлаждения головы человека поверхности потолка и стен могут быть нагреты до допустимой температуры
Двухтрубная система водяного отопления с принудительной циркуляцией. Варианты подводок.
Расширительный бак.
Представляет собой металлич-ю емкость цилиндр-ой формы со съемной крышкой и патрубками для присоед-я след-х труб: расширит-ой d1, контрольной d2 , выведенной к раковине в котельной для наблюдения за уровнем воды, переливной d3 для слива избытка воды при переполн-и расшир-го бака, циркуляц-ой d4 , соед-щей расшир-ый бак с обратным магистр-м теплопроводом для предотвращ-я замерз-я воды в расшир-м сосуде и в соед-ой трубе.
Полезный объем ( ,л) расширительного бака определяют по формуле:
где - 0,0006 1/ 0 С – коэффициент объемного расширения воды;
Изменение температуры воды от начальной до средней расчетной, 0 С;
Общий объем воды в системе, л
где 
- объем воды, соответственно в водоподогревателях, трубах, приборах, л, приходящийся на 1000Вт тепловой мощности системы водяного отопления.
Расширительный бакпредназначенный для компенсации давления, возник. в рез. темпер-го расширения теплоносителя при увеличении темпер.; выравнивание перепадов давления и компенсации гидравлических ударов в с макс. темпер. теплоносителя до 100°С; защиты узлов в контурах систем отопления и горячего водосн. от избыточного давления; компенсации эксплуатационных потерь теплоносителя, возник. в теч. отопительного периода; удаление воздуха из системы.
Расш. баки: открытого и закрытого исполнения.
Расш. баки открытого типа технологически устарели и в наст. вр. практич. применения не находят. Открытый расш. бак размещают над верхней точкой системы отопления, как правило, в чердачном помещении здания или на лест. клетке и покрывают тепловой изоляцией.
К расш. бакам закрытого типа относят мембранные баки, кот. сост. из стального корпуса, разделенного эластичной мембраной на две части - жидкостную и газовую полости. Жидкостная часть бака предназначена для приема теплоносителя из систем отопления и горячего водосн., газовая часть бака наполнена под повыш. давлением воздухом или азотом. Для поддержания необходимого давления в газовой камере бака имеется ниппель.
Воздухоудаление.
В системах вод. отопления с верхней разводкой, используют расширительный сосуд без доп. устройств. В сист с нижней - спец воздухоотводящую сеть, присоед. ее к расшир. баку или воздухосборнику (с помощью воздуховыпускных кранов или шурупов). Для надежного удаления воздуха и спуска воды, магистральные теплопроводы проклад. с уклоном. (не менее 0,002) по направлению движения теплоносителя. В системах с искусств цирк скорость движ. воды> скор всплывания воздуха, поэтому магистрали прокладывают с подъемам к крайним стоякам и в высших точках ставят воздухосборники.
Вентиляторы.
По принципу действия н назначению вентиляторы подразделяются на радиальные (центробежные), осевые, крышные и потолочные.
Радиальные (центробежные) вентиляторы . Обычный радиальный (центробежный) вентилятор состоит из трех основных частей: рабочего колеса с лопатками (иногда называемого ротором), улиткообразного кожуха и станины с валом, шкивом и подшипниками.
Работа радиального вентилятора заключается в следующем: при вращении рабочего колеса воздух поступает через входное отверстие в каналы между лопатками колеса, под действием центробежной силы перемещается по этим каналам, собирается спиральным кожухом и направляется в его выходное отверстие. Таким образом, воздух в центробежный вентилятор поступает в осевом направлении и выходит из него в направлении, перпендикулярном оси.
Осевые вентиляторы . Простейший осевой вентилятор состоит из рабочего колеса, закрепленного на втулке и насаженного на вал электродвигателя, и кожуха (обечайки), назначение которого - создавать направленный поток воздуха. При вращении колеса возникает движение воздуха вдоль оси вентилятора, что и определяет его название.
Осевой вентилятор по сравнению с радиальным создает при работе больший шум и не способен преодолевать при перемещении воздуха большие сопротивления. В жилых и общественных зданиях осевые вентиляторы следует применять для подачи больших объемов воздуха, но если не требуется давление выше 150-200 Па. Вентиляторы В-06-300-8А, В-06-300-10Л и В-06-300-12.5А широко используют в вытяжных системах вентиляции общественных и производственных зданий.
Подбор вентилятора . Вентилятор подбирают по подаче L, м 3 /ч, и требуемому полному давлению вентилятора р, Па, пользуясь рабочими характеристиками. В них для определенной частоты вращения колеса даются зависимости между подачей вентилятора по воздуху, с одной стороны, и создаваемым давлением, потребляемой мощностью и коэффициентом полезного действия - с другой.
Полное давление р, по которому подбирается вентилятор, представляет собой сумму статического давления, расходуемого на преодоление сопротивлений по всасывающей и нагнетательной сети, и динамического, создающего скорость движения воздуха.
Величина р, Па, определяется по формуле
Подбирая вентилятор, следует стремиться к тому, чтобы требуемым величинам давления и подачи соответствовало максимальное значение КПД. Это диктуется не только экономическими соображениями, но и стремлением снизить шум вентилятора при работе его в области высоких КПД.
Требуемая мощность, кВт, электродвигателя для вентилятора определяют по формуле
где L- подача вентилятора, м 3 /ч; р -давление, создаваемое вентилятором, кПа; г],- КПД вентилятора, принимаемый по его характеристике; т 1рп _КПД ременной передачи, при клиноременной передаче равный 0,95, при плоском ремне -0,9.
Установочная мощность электродвигателя определяется по формуле
где а - коэффициент запаса мощности
Тип электродвигателя к вентилятору следует выбирать, учитывая условия эксплуатации последнего - наличие пыли, газа и паров, а также категорию пожаро- и взрывоопасности помещения.
Газовые бытовые приборы.
Печные горелки устанавливают в бытовых отопительных печах при переводе их на сжигание газа. Устройство применяют в печах без шиберов, оборудованных тягостабилизаторами, с режимами непрерывной и периодической топки.
Устройство имеет два режима работы - нормальный, когда работают основная и запальная горелки, и пониженный, когда работает только запальная горелка. При работе на пониженном режиме кран основной горелки должен быть закрыт.
Отопительные печи могут быть оборудованы горелочными устройствами и автоматикой безопасности других типов, прошедших испытания в установленном порядке, принятых к изготовлению и имеющих паспорт.
Бытовые газовые плиты
Плиты делятся на напольные и настольные (переносные). Настольные плиты не имеют духового шкафа, и их еще называют таганами. В эксплуатации находятся четырех-, трех- и двухконфорочные плиты.
По исполнению плиты выпускают обычной и повышенной комфортности. Газовые плиты повышенной комфортности имеют освещение духовки, горелку повышенной мощности, краны горелок стола с фиксированным положением «малое пламя», устройство для регулирования горизонтального положения стола. Также дополнительно они могут быть оборудованы горелкой стола пониженной мощности, электророзжигом горелок стола и духовки, жарочной горелкой духовки, вертелом в духовке с электрическим и ручным приводом, терморегулятором духовки, автоматикой контроля горения.
1. Идеальный газ, определение и его свойства.
2. Термодинам. система, термодинам. процесс, параметры идеального газа.
3. Уравнения состояния идеального газа. Физ. смысл газовой постоянной.
4. Внутренняя энергия идеального газа. Параметры состояния.
5. Работа газа. Параметр процесса.
6. Теплоемкость газа.
7. Газовые смеси.
8. I-ый закон термодинамики, его математическое выражение.
9. Выр-е I-го закона термодинамики для разл. термодинам. процессов
10. Круговые циклы. Термодинамический и холодильный коэффициенты.
11. Цикл Карно. Теорема Карно.
12. Реальный газ. Парообр-ние в PV координатах. Теплота парообр-я. Степень сухости пара.
13. Влажный воздух. Его свойства.
14. I-d диаграмма влажного воздуха. Изучение процессов обработки воздуха с помощью I-d диаграммы.
15. Температурное поле тела. Температурный градиент.
16. Теплопроводность. Закон Фурье.
17. Теплопроводность плоской стенки. Основное уравнение теплопроводности.
18. Конвективный теплообмен. Ур-е Ньютона-Рихмана. Коэфф. теплоотдачи.
19. Опр-е коэфф-та теплоотдачи с исп-ем критериальных уравнений.
20. Лучистый теплообмен. Уравнение Стефана-Больцмана.
21. Закон Кирхгофа, Ламберта.
22. Теплопередача. Ур-е и коэфф-т теплопередачи для плоской стенки.
23. Теплообменные аппараты. Опр-е пов-ти нагрева рекуперативных теплообменников.
24. Микроклимат помещений.
25. Сопр-е теплопередачи наруж. ограждений. Соотношения между ними.
26. Теплоустойчивость ограждений. Коэфф-т теплоусвоения S. Величина тепловой инерции D.
27. Воздухопрониц-ть ограждений. Сопр-е воздухопрониц-ти ограждений.
28. Опр-е тепловых потерь через ограждения. Правила обмера пов-тей охлаждения.
29. Опр-е тепловых потерь по укрупн. показателям. Удельная тепловая характеристика здания.
30. Система отопления: осн. Эл-ты, класс-ция, требования, предъявл. к отопительной установке.
31. Вывод гравитац. давления для двухтрубной системы отопления.
32. Опр-е циркуляц. давления в однотрубной системе.
33. Трубопроводы систем центр. отопления, их соед-я, способы прокладки.
34. Расширит. бак, его назначение, установка, точка присоединения к магистралям системы отопления, определение объема бака.
35. Воздухоудаление из систем водяного отопления.
36. Сист. пар. отопления. Принцип работы, класс-ция, осн. схемы. Воздухоудал. из сист. пар. отопления. Обл-ть прим-я систем газового отопления.
37. Нагреват. приборы сист. центр. отопления. Класс-ция, требования к ним. Хар-ка осн. видов нагреват. приборов.
38. Размещение и установка, способы присоед-я нагреват. приборов к трубопроводам сист. отопления. Схемы подводки теплоносителя к нагревательным приборам.
39. Коэфф-т теплопередачи нагреват. приборов. Опр-е пов-ти нагрева приборов.
40. Особенности расчета поверхности нагревательных приборов.
41. Регулировка теплоотдачи нагревательных приборов.
42. Топливо. Элементарный состав. Теплотворная способность топлива
43. Горение топлива. Теоретич. и действ. объем воздуха, необх. для горения топлива.
44. Способы сжигания топлива. Виды топочных устройств, их характеристики.
45. Котельная установка. Опр-е. Виды топочных устройств, их хар-ки.
46. Централизованное теплоснабжение. Схема ТЭЦ.
47. Тепловые сети, способы прокладки тепловых сетей, виды изоляции.
48. Присоед-е местных систем отопления к тепловым сетям.
49. Воздухообмен, способы его определения.
50. Назначение и классификация систем вентиляции
51. Естеств. вентиляция: инф-ция, аэрация, канальная система вентиляции.
52. Канальная вытяжная гравитац. система вентиляции, конструирование и её аэродинам. расчет.
53. Механическая система вентиляции. Ее элементы.
54. Устройства для очистки воздуха.
55. Устройства для подогрева воздуха.
56. Вентиляторы: классификация, принцип действия осевых и центробежных вентиляторов. Подбор вентиляторов.
57. Газоснабжение. Основные схемы. Устройство системы газоснабжения.
58. Газовые бытовые приборы.
Идеальный газ, определение и свойства.
Газы, молекулы которых не обладают силами взаимодействия, а сами молекулы представляют собой материальные точки с ничтожно малыми объёмами, называются идеальными газами . Понятие об идеальном газе введено для упрощения изучения термодинамических процессов и получения более простых расчётных формул.
Свойства идеального газа на основе молекулярно-кинетических представлений определяются исходя из физической модели идеального газа, в которой приняты следующие допущения:
Объём частицы газа равен нулю (то есть диаметр молекулы пренебрежимо мал по сравнению со средним расстоянием между ними);
Импульс передается только при соударениях (то есть силы притяжения между молекулами не учитываются, а силы отталкивания возникают только при соударениях);
Суммарная энергия частиц газа постоянна (то есть нет передачи энергии за счет передачи тепла или излучением);
Время взаимодействия между молекулами пренебрежимо мало по сравнению со средним временем между столкновениями;
В первой части издания представлены шесть лекций, посвященных раскрытию физического смысла основных законов и понятий механики.
Вторая часть продолжает курс лекций по физике и содержит девять лекций по молекулярной физике и термодинамике.
Предметом изучения молекулярной физики является движение больших совокупностей молекул. При изучении используются статистический и термодинамический методы.
Молекулярная физика исходит из представлений о молекулярном строении вещества. Поскольку число частиц в макросистеме велико, закономерности вней имеют статистический, т.е. вероятностный, характер. На основе определенных моделей молекулярная физика позволяет объяснить наблюдаемые свойства макросистем (систем, состоящих из очень большого числа частиц) как суммарный эффект действий отдельных молекул. При этом используется статистический метод, в котором нас интересуют не действия отдельных молекул, а средние значения определенных величин.
В термодинамике используют понятия и физические величины, относящиеся к системе в целом, например, объем, давление и температура. Термодинамика основана на общих принципах, или началах, которые представляют собой обобщение опытных фактов.
Термодинамический и статистический методы изучения макросистем дополняют друг друга. Термодинамический метод позволяет изучать явления без знания их внутренних механизмов. Статистический метод позволяет понять суть явлений, установить связь поведения системы в целом с поведением и свойствами отдельных частиц.
Цель автора, как и в первой части представленного издания, - сделать для начинающего студента фактически доступными основные понятия и закономерности молекулярной физики, порой весьма непростые. Студенту нужно не «зазубривать» материал, а постараться понять, размышлять, проверить себя по вопросам для самоконтроля после каждой лекции, а также прорешать соответствующие задачи, например из пособия . Максимальное внимание должно быть уделено физическому смыслу изучаемого материала.
ВНИМАНИЕ! ПРЕДЛАГАЕМОЕ ИЗДАНИЕ ОБЛЕГЧАЕТ РАБОТУ СТУДЕНТА, НО НЕ ЗАМЕНЯЕТ САМИ ЛЕКЦИИ В АУДИТОРИИ!
Молекуляная физика
Лекция №7
Молекулярно-кинетическая теория (мкт) идеального газа
Понятие идеального газа. Молекулярно-кинетическое толкование температуры. Макроскопические параметры системы.
Число степеней свободы. Закон равнораспределение энергии. Внутренняя энергия идеального газа.
Давление газа с точки зрения молекулярно-кинетической теории идеального газа (основное уравнение молекулярно-кинетической теории).
Уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона-Менделеева).
1. Понятие идеального газа.
Идеальным называется газ, взаимодействие, между молекулами которого пренебрежимо мало и состояние которого описывается уравнением Клапейрона-Менделеева.
Модель идеального газа .
1. Собственный объём молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объёмом сосуда.
2. Между молекулами газа отсутствует силы взаимодействия .
3. Столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие .
Взаимодействие между молекулами всякого газа становится пренебрежимо слабым при малых плотностях газа , при большом разрежении. Такие газы как воздух, азот, кислород, даже при обычных условиях, т.е. при комнатной температуре и атмосферном давлении мало отличаются от идеального газа. Особенно близки к идеальному газу гелий и водород.
Не следует думать, что взаимодействие между молекулами идеального газа вовсе отсутствует . Напротив, его молекулы сталкиваются друг с другом и эти столкновения существенны для установления определённых тепловых свойств газа . Но столкновения проходят настолько редко , что большую часть времени молекулы движутся как свободные частицы .
Именно столкновения между молекулами позволяют ввести такой параметр как температура. Температура тела характеризует энергию, с которой движутся его молекулы. Для идеального газа в равновесных условиях абсолютная температура пропорциональна средней энергии поступательного движения молекул .
Определение . Макроскопической называется система, образованная огромным числом частиц (молекул, атомов). Параметры, характеризующие поведение системы (например, газа), как целого, называется макропараметрами . Например, давление Р , объём V и температура Т газа – макропараметры.
Параметры, характеризующие поведение отдельных молекул (скорость, масса и т.п.) называется микропараметрами .