Анатомия термодинамики
Анализ закона Джоуля для идеального газа и его теоретическое доказательство. Сравнительный анализ методик Майера и Джоуля. Экспериментальное определение калорических свойств газов. Анализ погрешностей при применении идеальных законов к реальным газам.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курс лекций |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.10.2015 |
| Размер файла | 583,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Следует заметить, что мы рассмотрели конкретную схему цикла. Для других схем, как например: для закрытых циклов, или для циклов двигателей внутреннего сгорания, - рассматриваемые формулы несколько изменятся и, возможно, некоторые из этих формул совпадут с общепринятыми. Но всегда, в каждом конкретном случае, эти формулы следует выводить из рассмотрения физического процесса, а не пользоваться, необоснованно приписываемом энтальпии, свойством функции состояния.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
В теории термодинамики допущено довольно много ошибок. Все эти ошибки можно разделить на две группы.
Первая группа ошибок связана с необоснованным признанием исключительной роли температуры в термодинамических процессах.
Основоположником этих заблуждений является Гей-Люссак, неправильно истолковавший результаты своих же опытов по расширению газа в пустоту.
Это позволило Карно вывести формулу КПД термодинамического цикла, допустив при этом ещё одну ошибку в том, что он не отмежевался от теории теплорода.
Джоуль, продолжая опыты, начатые Гей-Люссаком, допустил грубую ошибку в методике экспериментов, уменьшив чувствительность опытов на несколько порядков, по сравнению с опытами своего предшественника.
Тот же Джоуль и лорд Кельвин, продолжая нехорошую традицию начатую Гей-Люссаком, сделали неверный вывод из результатов своих опытов по дросселированию газов, связав положительный дроссель-эффект (эффект снижения температуры) с не идеальностью свойств исследуемых газов.
Клаузиус, используя несостоятельный закон Джоуля, повторно вывел формулу КПД цикла Карно, сделав тем самым ошибку Карно «необратимой».
Майер, воспользовавшись ошибочным выводом Гей-Люссака, вывел неверную формулу, связывающую теплоёмкости и газовую постоянную, а также определил величину механического эквивалента теплоты - и, тоже, не верно.
Появились даже теоретические псевдо доказательства закона Джоуля, одно из которых можно найти в лекциях Энрико Ферми (Л 2).
Следствием этих ошибок является преувеличение роли энтропии в термодинамических процессах и необоснованное признание её функцией состояния, а также неверный метод расчёта табличных значений калорических свойств газов.
Кроме того, ошибка Майера могла повлиять на результаты опытов Джоуля по определению механического эквивалента теплоты. Поэтому вопрос о точности определения этой величины остаётся открытым. Вполне возможно, что действительная ошибка в определении величины механического эквивалента теплоты на несколько порядков превышает общепризнанную погрешность и достигает нескольких процентов от величины этой важнейшей физической константы.
Ко второй группе ошибок относится, прежде всего, методическая ошибка в экспериментах по определению теплоёмкости, допущенная на стадии планирования эксперимента; а также, необоснованное признание энтальпии функцией состояния и, как следствие: неверный вывод формул технической работы компрессора и турбины, для идеального цикла газотурбинной установки.
Теорию с таким количеством ошибок нельзя назвать безупречной. Количественной характеристикой несовершенства термодинамической теории может служить величина ошибки, при определении КПД идеального цикла газотурбинной установки, которая в разобранном примере достигает 29%; а также величина расхождения значений термических КПД цикла Карно, определённых: по формуле Карно и по формуле-определению , - в этом случае, величина расхождения, в нашем примере, составляет 15%.
Согласование этой неточной теории с практикой достигается за счёт поправочных коэффициентов. При расчёте циклов, в роли этих поправочных коэффициентов, выступают: внутренний относительный КПД турбины и КПД компрессора. Правда, частично, эти коэффициенты учитывают реальные потери энергии, как, например, потери от утечек через лабиринтные уплотнения, но, в основном, коэффициенты эти скрывают ошибки теории, относя их на счёт необратимых потерь. Причём, необратимые потери механической энергии на самом деле имеют место, но величина их на порядок меньше, чем принято считать.
Выходит, что сила термодинамики, её практическая значимость и достоверность получаемых результатов, держится на поправочных коэффициентах, величина которых до неприличия велика.
Ниже приводится сравнительная таблица общепринятых (но ошибочных) математических формулировок и действительных (предлагаемых) термодинамических зависимостей. Все эти выражения записаны для идеальных циклов, где рабочим телом является газ, строго подчиняющийся уравнению состояния ;
|
ОШИБОЧНЫЕ (ОБЩЕПРИНЯТЫЕ) ФОРМУЛЫ |
ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЕ (ПРЕДЛАГАЕМЫЕ) ЗАВИСИМОСТИ |
|
|
; ; ; ; Энтропия - функция состояния. ; ; |
; ; ; ; Энтропия не является функцией состояния и не является непрерывной функцией. ; ; ; |
|
|
Для открытого цикла газотурбинной установки, имеем: |
||
|
; Где ; ; Где ; ; Где ; ; Энтальпия - функция состояния |
; ; ; Энтальпия не является функцией состояния |
В заключение, следует сказать, что потеря нескольких лаконичных формул (пусть даже являющихся гордостью термодинамики), а также утрата высокой идеи Карно и снижение статуса функций энтропии и энтальпии, - вовсе не означает краха термодинамической теории. Оставшихся законов и взаимосвязей вполне достаточно для решения любых практических задач, но при условии выполнения следующих мероприятий:
- экспериментального, не зависимого от метода Майера, уточнения величины механического эквивалента теплоты;
- уточнения методики экспериментов по определению ;
- выработки новой методики расчёта табличных значений: теплоёмкостей, внутренней энергии, энтальпии, - учитывающей зависимость внутренней энергии от объёма и зависимость теплоёмкости от давления;
- расширения экспериментальной базы данных (увеличение количества реперных точек) для более точного определения калорических параметров газов (, , U, H).
Выполнение указанных мероприятий и применение предложенных формул позволит повысить точность расчётов термодинамических циклов тепловых машин, в особенности это касается новых (пионерских) разработок изделий, предназначенных для эксплуатации в ещё не освоенном диапазоне температур и давлений.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
В.А. Кириллин; В.В. Сычёв; А.К. Шейндлин, «Техническая термодинамика» Москва «Энергоиздат» 1983 г.
Энрико Ферми «Термодинамика» Харьков, издательство Харьковского университета 1969 г.
Я.М. Гельфер «История и методология термодинамики и статистической физики» Москва «Высшая школа» 1981 г.
Р. Фейнман; Р. Лейтон; М. Сэндс, «Фейнмановские лекции по физике» Москва издательство «Мир» 1976 г.
С.Л. Ривкин «Термодинамические свойства газов» Справочник Москва «Энергоатомиздат» 1987 г.
«Тепло и массообмен теплотехнический эксперимент», справочник под общей редакцией В.А. Григорьева и В.М. Зорина, Москва «Энергоатомиздат» 1982 г.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Происхождение и юность Джеймса Прескотта Джоуля. Исследование законов электромагнетизма. Работа с Уильямом Томсоном, научная деятельность Джоуля. Опыты ученого, его открытия в области физики. Установка для измерения механического эквивалента тепла.
презентация [710,5 K], добавлен 26.05.2012Определение физических величин, явлений. Изменение температуры углекислого газа при протекании через малопроницаемую перегородку при начальных значениях давления и температуры. Сущность эффекта Джоуля-Томсона. Нахождение коэффициентов Ван-дер-Ваальса.
контрольная работа [231,7 K], добавлен 14.10.2014Использование уравнения состояния для описания свойств реальных газов в термодинамике. Уравнение Ван-Дер-Ваальса, связывающее давление, молярный объем и температуру. Физическая природа эффекта Джоуля-Томсона. График инверсии по теоретическим данным.
курсовая работа [1014,0 K], добавлен 27.09.2013Понятие и факторы, влияющие на внутреннюю энергию, взаимосвязь работы и теплоты. Теплоемкость идеального, а также одноатомного и многоатомного газов, уравнение Майера. Содержание и принципы закона о равномерном распределении энергии по степеням свободы.
презентация [1,1 M], добавлен 13.02.2016Изучение корпускулярной концепции описания природы, сущность которой в том, что все вещества состоят из молекул - минимальных частиц вещества, сохраняющих его химические свойства. Анализ молекулярно-кинетической теории газа. Законы для идеальных газов.
контрольная работа [112,2 K], добавлен 19.10.2010Понятие и методика измерения механического эквивалента теплоты как работы, совершение которой позволяет изменить внутреннюю энергию тела на столько же, на сколько ее изменяет передача этому телу количества теплоты 1 ккал. Формирование закона Джоуля.
презентация [678,8 K], добавлен 27.01.2015Определение политропного процесса. Способы определения показателя политропы. Вычисление теплоемкости и количества теплоты процесса. Расчет термодинамических свойств смеси, удельных характеристик процесса. Проверка расчётов по первому закону термодинамики.
контрольная работа [170,2 K], добавлен 16.01.2013Термодинамика - раздел физики об общих свойствах макроскопических систем с позиций термодинамических законов. Три закона (начала) термодинамики в ее основе. Теплоемкость газа, круговые циклы, энтропия, цикл Карно. Основные формулы термодинамики.
реферат [1,7 M], добавлен 01.11.2013Уравнение состояния идеального газа и уравнения реальных газов, Бенедикта-Вебба-Рубина, Редлиха-Квонга, Барнера-Адлера, Суги-Лю, Ли-Эрбара-Эдмистера. Безразмерные и критические температуры и давления, методика их расчета различными методами и анализ.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 02.08.2015Силы межмолекулярного взаимодействия в газах. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы и внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля-Томсона. Сжижение газов и получение низких температур. Виды межмолекулярных взаимодействий. Метастабильные состояния.
реферат [660,6 K], добавлен 06.09.2011Работа идеального газа. Определение внутренней энергии системы тел. Работа газа при изопроцессах. Первое начало термодинамики. Зависимость внутренней энергии газа от температуры и объема. Основные способы ее изменения. Сущность адиабатического процесса.
презентация [1,2 M], добавлен 23.10.2013Описание реальных газов в модели идеального газа. Особенности расположения молекул в газах. Описание идеального газа уравнением Клапейрона-Менделеева. Анализ уравнения Ван-дер-Ваальса. Строение твердых тел. Фазовые превращения. Диаграмма состояния.
реферат [1,1 M], добавлен 21.03.2014Характеристика термодинамического состояния идеального газа в переходных точках. Изменение калорических характеристик при переходе рабочего тела из начального состояния в конечное. Расчет количества теплоты, деформационной работы и работы перемещения.
контрольная работа [924,3 K], добавлен 21.11.2010Термодинамика - учение об энергии и фундаментальная общеинженерная наука. Термодинамическая система и параметры ее состояния: внутренняя энергия, энтальпия. Закон сохранения энергии. Смеси идеальных газов. Задачи по тематике для самостоятельного решения.
дипломная работа [59,9 K], добавлен 25.01.2009Отклонение свойств реального газа от идеального. Расчет свойств реальных газов. Процесс перехода твердого вещества непосредственно в пар. Испарение жидкости в ограниченном пространстве. Определение массы сухого пара во влажном и массы влажного пара.
реферат [246,1 K], добавлен 24.01.2012Закон сохранения энергии и первое начало термодинамики. Внешняя работа систем, в которых существенную роль играют тепловые процессы. Внутренняя энергия и теплоемкость идеального газа. Законы Бойля-Мариотта, Шарля и Гей-Люссака, уравнение Пуассона.
презентация [0 b], добавлен 25.07.2015Метод молекулярного моделирования: статистическая механика и ансамбль, метод Монте-Карло, энергия молекулярной системы. Параметры моделирования. Коэффициент Джоуля-Томпсона и инверсное давление. Растворимость газов в полимерах. Фазовые диаграммы.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 14.07.2013Провідники й ізолятори. Умови існування струму. Закон Джоуля-Ленца в інтегральній формі. Опір провідників, потужність струму, закони Ома для ділянки кола, неоднорідної ділянки кола і замкнутого кола. Закони Ома й Джоуля-Ленца в диференціальній формі.
учебное пособие [216,0 K], добавлен 06.04.2009Уравнение состояния газа Ван-дер-Ваальса, его сущность и краткая характеристика. Влияние сил молекулярного притяжения на стенки сосуда. Уравнение Ван-дер-Ваальса для произвольного числа молей газа. Изотермы реального газа и правило фаз Максвелла.
реферат [47,0 K], добавлен 13.12.2011Понятие теплообмена как физического процесса передачи тепловой энергии от более горячего тела к холодному либо непосредственно, либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала. Первый закон термодинамики. Закон Джоуля–Ленца.
презентация [687,8 K], добавлен 10.09.2014
