Теплотехника | страница 25

Внутренняя энергия складывается из внутренних кинетической и потенциальной энергий. Внутренняя кинетическая энергия создается хаотическим движением молекул вещества.

Кинетическая энергия всей макросистемы вычисляется:

где m– масса системы;

w– скорость ее движения в пространстве.

Силы взаимодействия молекул вещества друг с другом определяют внутреннюю потенциальную энергию тела.

Внутренней энергией называется такая энергия, которая заключена в самой системе и имеет две составляющие – кинетическую энергию.

Изменение удельной потенциальной (внутренней) энергии того же тела. Изменение всей удельной (внутренней) энергии при термодинамическом процессе будет выглядеть так:

Δu – U_>k– и_>р.

Внутренняя энергия рабочего тела произвольной массы при этом рассчитывается по формуле:

Δv-V_>k – V_>p.

Предположим, что рабочее тело переходит из первого состояния во второе при подводе теплоты извне. Тогда количество этой теплоты выразится в виде:

q_>1,>2 – u_>2 -U_>1.

Процесс проходит по изохорному закону, имеем:

q_>1,2 = ć_>v(T_>2 -T_>1).

В общем виде для любого вещества массой m:

v_>2 -v_>1 – mć_>v(T_>2– T_>1),

где T_>1 – начальная температура термодинамического процесса;

T_>2– конечная температура;

u_>1 – начальная величина внутренней энергии;

u_>2 – конечная величина внутренней энергии;

ć– средняя удельная теплоемкость (изохорная).

Газ получает теплоту от определенного источника вне системы. обозначим давление газа буквой р, площадь поршня – S, тогда под действием внешней силы F = pS на поршень он будет неподвижен. При уменьшении внешней силы F разность этих двух сил pS – F сместит поршень вправо. Газ под поршнем будет расширяться и преодолевать внешние силы, совершая при этом работу. При равновесном процессе имеем следующее.

1. Поршень должен перемещаться по цилиндру бесконечно медленно (т. е. с бесконечно малой скоростью). Это даст возможность считать, что давление газа по всему объему в любой момент времени одинаково.

2. Температура источника тепла практически не отличается от температуры рабочего тела (в качестве которого используем газ), т. е. разность их температур бесконечно мала. Это дает возможность считать, что температура по всему объему газа в любой момент времени одинакова.