Методическая разработка урока по теплотехнике
план-конспект урока по теме

ГБПОУ РМ  «Атяшевский аграрный техникум»

отделение Дубенское

Методическая разработка урока

По предмету «Основы гидравлики и теплотехники» на тему:

• Уравнение состояния и термодинамический процесс.

Разработал преподаватель спецдисциплин  Мысин А.И.

Дубёнки

2018г.

Тема урока. Уравнение состояния и термодинамический процесс.

Тип урока: комбинированный.

Цель урока: приобретение навыков по влиянию на газовую смесь внешних параметров.

Межпредметные связи: физика, химия.

Материально- техническое снабжение урока: плакаты, учебники.

Ход урока.

 1.Организационная часть. Проверка студентов по списку.

 Вопросы урока.

 1.Параметры состояния однородного тела.

 2.Уравнение состояния и термодинамический процесс.

 3.Подведение итогов.

1. Параметры состояния.

Величины, которые характеризуют физическое состояние тела, называются термодинамическими параметрами состояния. Такими параметрами являются удельный объем, абсолютное давление, абсолютная температура, внутренняя энергия, энтальпия, энтропия, концентрация, теплоемкость и т.д. При отсутствии внешних силовых полей (гравитационного, электромагнитного и др.) термодинамическое состояние однофазного тела можно однозначно определить 3-мя параметрами – уд. объемом (υ), температурой (Т), давлением (Р).
Удельный объем – величина, определяемая отношением объема вещества к его массе.

υ = V / m , [м3/кг] , (1.1)

Плотность вещества – величина, определяемая отношением массы к объему вещества.

ρ = m / V , [кг/м3] , (1.2)
υ = 1 / ρ ; ρ = 1 / υ ; υ • ρ = 1 . (1.3)

Давление – с точки зрения молекулярно-кинетической теории есть средний результат ударов молекул газа, находящихся в непрерывном хаотическом движении, о стенку сосуда, в котором заключен газ.

Р = F / S ; [Па] = [Н/м2] (1.4)

Внесистемные единицы давления:
1 кгс/м2 = 9,81 Па = 1 мм.водн.ст.
1 ат. (техн.атмосфера) = 1 кгс/см2 = 98,1 кПа.
1 атм. (физическая атмосфера) = 101,325 кПа = 760 мм.рт.ст.
1 ат. = 0,968 атм.
1 мм.рт.ст. = 133,32 Па.
1 бар = 0,1 МПа = 100 кПа = 105 Па.
Различают избыточное и абсолютное давление.
Избыточное давление (Ри)– разность между давлением жидкости или газа и давлением окружающей среды.
Абсолютное давление (Р)– давление отсчитываемое от абсолютного нуля давления или от абсолютного вакуума. Это давление является т/д параметром состояния.
Абсолютное давление определяется:
1). При давлении сосуда больше атмосферного:

Р = Ри + Ро ; (1.5)

2). При давлении сосуда меньше атмосферного:

Р = Ро + Рв ; (1.6)

где Ро – атмосферное давление;
Рв – давление вакуума.

Температура – характеризует степень нагретости тел, представляет собой меру средней кинетической энергии поступательного движения его молекул. Чем больше средняя скорость движения, тем выше температура тела.
За т/д параметр состояния системы принимают термодинамическую температуру (Т), т.е. абсолютную температуру. Она всегда положительна, При температуре абсолютного нуля (Т=0) тепловые движения прекращаются и эта температура является началом отсчета абсолютной температуры.

2. Уравнение состояния и термодинамический процесс.

Основные т/д параметры состояния Р, υ, Т однородного тела зависят друг от друга и взаимосвязаны между собой определенным математическим уравнением, который называется уравнением состояния:

f (Р, υ, Т) = 0 .

Равновесным состоянием называется состояние тела, при котором во всех его точках объема Р, υ и Т и все другие физические свойства одинаковы.
Совокупность изменений состояния т/д системы при переходе из одного состояния в другое называется т/д процессом. Т/д процессы бывают равновесные и неравновесные. Если процесс проходит через равновесные состояния, то он называется равновесным. В реальных случаях все процессы являются неравновесными.
Если при любом т/д процессе изменение параметра состояния не зависит от вида процесса, а определяется начальным и конечным состоянием, то параметры состояния называются функцией состояния. Такими параметрами являются внутренняя энергия, энтальпия, энтропия и т.д.
Интенсивные параметры – это параметры не зависящие от массы системы (давление, температура).
Аддитивные (экстенсивные) параметры – параметры, значения которых пропорциональны массе системы (Объем, энергия, энтропия и т.д.). Закон Бойля

Цилиндр, изображенный на рисунке, имеет плотно притертый поршень, под которым находится воздух. Когда поршень находится в покое, сила, действующая вверх, равна силе, действующей вниз. Когда на тарелочку помещается груз, поршень движется вниз и приходит в состояние покоя, тогда направленная вверх сила вновь уравнивается силой, направленной вниз (рис. б). Новая направленная вверх сила больше прежней. Общее число молекул в цилиндре неизменно, и, поскольку не было изменения температуры, они движутся с той же средней скоростью.

 Так почему же изменяется сила, направленная вверх? Просто потому, что объем полости уменьшается, увеличивается число молекул в единице объема, при этом в одну секунду возникает больше столкновений молекул с поршнем, что ведет к возрастанию направленной вверх силы, и поэтому

Закон Бойля утверждает, что при постоянной температуре объем определенной массы газа обратно пропорционален давлению, т. е.

V~1/p

V : 1/p = const

или pV = const

 Рассмотрим пример:

Пузырек газа, освободившись с дна озера, увеличивает свой исходный объем в 8 раз, прежде чем достигает поверхности. Примем атмосферное давление эквивалентным давлению столба воды высотой 10 м. Какова глубина озера?

Исходный объем = V, конечный объем = 8V.

Пусть Р будет атмосферным давлением, а Р1, — давлением на дне озера. Тогда на основании закона Бойля:

Р x 8V = Р1 x V

8Р = Р1

Р1 = атмосферное давление + давление от воды в озере, поэтому давление воды в озере = 7Р. Поскольку Р = давление 10 м воды, то глубина озера = 70 м.