Лабораториялық жұмыс №2 Термодинамика бірінші заңы

Лабораториялық жұмыс №2

Термодинамика бірінші заңы

Жұмыс   мақсаты   .   Термодинамика   бірінші   заң   зерттеуі   путём

практикалық қолданудың оның изобарлық процеске .

Кіріспе бөлім

Термодинамика   бірінші   заңы   .   Термодинамика   бірінші   заңы

( термодинамика бірінші басы )- аналитикалық ( математикалық ) қозғалыс

сақтау   заң   айтылуы   оның   өзгерту   жанында   түрдің   ,   үшін    писываемое

физикалық мөлшерлер - энергия өзгертуіне арналған теңдік теңдеу түрінде .

Осы шақ термин астында " энергия " қалай түсінеді само қозғалыс ( зат

қасиеті ), дәл осылай және физикалық мөлшерді ( ), болатынды ( сонымен

қатарға күшпен және күш кезеңімен ) сандықтың ( сандық ) жүйеде қозғалыс

қоры   мінездемесімен   .   Айқын   ,   не   само   қозғалыс   және   оның   сандық   ха  

рактеристика бәз-баяғы емес .

Қозғалыс - ажырамас қасиет ( атрибут ) заттар , зат бар болу тәсілі :

төсекте жоқ  рии қозғалыссыз және затсыз қозғалыстар жоқ ; жалпы ұғым ең ,

қосылған өзінді ауыспалылық , өзгерту ( даму , регрес ), әрекеттестік және п .

т .

Техникалық   термодинамикада   екі   түрді   айырып   танады   (   түрдің   )

қозғалыстың : былыққанды ( жылыны )- ХФ және реттелгенді ( бағытталған ,

механикалыны   )-   уһ   ;   екі   тәсіл   (   процестің   )   тапсырудың   қозғалыстар   -

былыққан ( жылу айырбас ) және реттелген ( жұмыс іске асыруы ).

Былыққан   (   жылы   )   түр   қозғалыс   қозғалыстар   -   сақтаушыларымен

микробөлшектерді келеді ( .), кеңістікте жасайтын былыққан микроскоптық

ауыспалылықтың олардың жақын маңда селқостық орталығының .

Реттелген ( механикалы ) түр қозғалыс қозғалыстар - сақтаушыларымен

макроскопиялық денелер немесе микробөлшектерді келеді ( .), пространстіде

реттелген ауыспалылық жасайтындар  ве .

Ең   мінездемемен   әмбебаб   сандықтың   (   өлшеммен   )   қозғалыстың   ,

қолдануға   болатынның   қозғалыс   үшін   -   түрлерінің   (   былыққан   және

реттелгеннің   )   энергия   келеді   (   әмбебаб   өлшем   күш   -   кемірек    қозғалыс

личества , т . . Былыққан қозғалыстардың артынан ол нольге бірдей , бірақ

және энергия  еске  алынады қозғалыстар  - ол қасиет толық емес қозғалыс

бағытын еске алынбайды ).

Энергия   -   скалярлық   физикалық   мөлшер   (   атанған   сан   -   зат   мира

ойлардың ), характери  зующая сан ( қор ) қозғалыстың қалай самой жүйеге

( денеде ), дәл осылай және қозғалыс сан , передаваемо  го жүйе шекаралары

арқылы , және анықталатын туынды сияқты ауыспалылыққа күштің :

Қайда '- сыртқы күш ( мысалы , газға поршень әрекет күші );

- ішкі күш ( мысалы , ;

Dr = dt - ауыспалылық , қайсыда күш іс істейді .

Мысалы , селқостығы асып кеткенде кинетикалық энергия интегралмен

анықталады -- mdc | dt ( ішкі күш ) немесе нәтижелінің сыртқы күштерінің =

mdc | d |

Ал   энергия   -   интегралмен   гравитация   потенциалды   сыртқының

( нәтижелінің ) күштің , бірдейдің және

Қарама-қарсы тұрғанның ішкі күш белгісімен F ез ауырлықтары -- „--

mg = kmg , прило керек    сырттан денеге өмір сүру , жер бетінің h биігіне

оның көтеру үшін ,

Қайда - жеке вектор , бағытталған тік жоғары .

Ішкі   энергия   -   энергия   былыққанды   (   жылыны   )   өзіне   меншікті

микробөлшектердің   қозғалыстары   (   атомдардың   ,   молекулалардың   ,

электрондардың , сонымен қатар аталатын кішкентай бөлшектердің - будалар

дәл  осылай  , ара  қашықтықта   атомдарды   әрекеттестік  қамтамасыз  етуші  )

жүйенің олардың салыстырмалы селқостық орталығының . Ұғымға включа

ішкі  энергиялары    молекулалардың   ются  былыққан  қозғалыс   кинетикалық

энергия   ,   молекулалар   аралық   әрекеттестік   потенциалды   энергия   және

молекула   ішіндегі   энергия   (   химиялық   және   ядролық   ).   техникалық

термодинамикада молекула ішіндегі (" ноль ") энергия емес рассматривается

және ішкі энергия кинетимен теңдестіріледі    түтумен және энергиялармен

потенциалдының молекулалардың .

Демек , ішкі энергия - мынау жұмысшы дене барлық молекулаларының

жиынтық кинетикалық және потенциалды энергиясы

(   ),   әрекеттестік   потенциалды   энергиясы   молекулалар   аралық   ара

қашықтықтан тәуелді болады , ( V ). параметпен макроскопиялық сондықтан

нақты   газ   ішкі   энергиясы   функциямен   келеді    шұңқыр   ,   мысалы   ,

температураның және - : ( , V ).

Сана   газда   ара   қашықтықта   және   внутрендермен   молекула   аралық

әрекеттестік   күштерімен   менсінбейді    барлық   молекулалардың   ретсіз

қозғалыс   кинетикалық   энергияларының   соманы   сияқты   нююды   энергияны

анықтап қарайды , е . т . функцияны сияқты біреудің температура тек қана

Теңдеу   шығаруына   арналған   энергия   өзгертулері   қандай   болмасын

жүйенің   самом   бәр   күшімен   жалпы   түрде   қарап   шығамыз    лированную

жүйені   ,   тек   қана   шығару   қарапайымы   үшін   құрылушыны   трёх   бірлесіп

әрекет   қылған   денелердің   және   примением   оған   энергия   сақтау   заңы   .

( мысалы , цилиндрда газ подвижбен  ным поршеньмен және жылу өткізгіш

қабырғалармен   )   барысында   қозғалыс   алады   (   путём   )   жылу   айырбастың

( микро  тәртіпке салынбаған скопическиммен путём ) қайнардан тепла ( ИТ )

2 және жұмыс іске асыруы барысында ( макро    реттелген скопическиммен

путём   )   жұмыстар   -   дене   қайнарынан   3(   мысалы   ,   гірден   ,   серіппелер   ,

штоктың   немесе   сұйық   ортадан   ,   қысым   көрсетуші   поршень   жақ

сыртқысымен ).

ЗСЭ   сәйкес   үшін   бұларды   трёх   денелердің   ,   бөлектенген   жүйені

құрушылардың , ра келесіге жазып қоюға болады  венство :

Продифференцируем мынау теңдеу және дәл осылай оның көшіреміз

, физикалық бекіту ереді : сис энергия жетілдіруі  тақырыптың ( бірінші

дененің   )   қоршаған   орта   энергиялары   убычи   бірдей   ,   қайнарлардан

құрылушының тепла 2 және источ  жұмыс никовы 3.

Элементарлық энергиялар сияқты денелердің энергиялардың кемуінің

анықтап қарауға болады , берілгенді жұмысшы дене шекаралары арқылы |

сәйкесті былыққанда және упоря  доченной түрлерде

Элементарлық   энергиялардың   белгілеуіне   арналған   осында   ,   жүйе

шекаралары   арқылы   берілген   қозғалыс   сипаттайтындардың   ,   символ   -   5.

қолданылады

Басқа жағынан , бірінші дене энергия толық өзгертуі сындыруға болады

екіні жарым-жартылардың ( парци    альных ) жылу айырбас процестерінде

жетілдірулер және жұмыс іске асырулары

Белгілеуге

 

арналған

 

осында

 

жарым-жартылардың

( парциалдықтардың ) жетілдірулерді d символы қолданылады , символдың

айырмашылығына d толықты және дпен жекені дифференциялдардың , - , не

жалпы оқиғада  тап осы    жүйе күй-жағдайлары параметрлер арқылы өсіру

мүмкін есептеп шығарылған емес . Теңдеудің (4) жалпы түрде жазып қоюға

(5) болады :

Сәйкес   мынаға   энергия   теңдік   теңдеуіне   прцхпцениемен   толық   дене

энергиялары   (   жүйенің   )   сомаға   бірдей   екінің   энергия   жарым-жарты

жетілдірулерінің   ,   қозғалыс   сипаттайтын   ,   берілген   жылу   айырбас

процестерінде жүйе шекарасы арқылы және жұмыс іске асырулары , немесе

элементарлық   энергиялардың   сомасына   бірдей   ,   қозғалыс   сипаттайтын   ,

берілген былыққан түрге жүйе шекарасы арқылы ( ХФ ) және реттелген түрде

( уһ ); бірлесіп әрекет қылған денелердің мына саны мүмкін - .

Мөлшерлер   -   жылулық   және   жұмыс   физикалық   (6)   енгізіледі   теңдік

арақатынастан   аралап   шыға   .   Реттелген   түрге   қозғалыс   тасымалдау

процестері , макроскопиялық күштермен сипаттауға болады және жұмыс іске

асырулары ауыспалылықтарға процестермен қабылданған атау , ал қозғалыс

энергиясын   ,   берілгенді   реттелген   макроскопиялық   түрде   ,   немесе   жүйе

энергия   жарым-жарты   өзгертуі   соверше   барысында    ния   жұмыстар   -

жұмыспен .

Былыққан   түрге   қозғалыс   тасымалдау   процестері   ,   микро   тек   қана

сипаттауға   болады

  

скопическиминің   күштермен   және   микро

ауыспалылықтармен  , жылу айырбас  процестерімен  қабылданған  атау  , ал

движе энергиясын    ния , берілгенді былыққан түрде , немесе жүйе энергия

жарым-жарты жетілдіруі жылу айырбасты - жылулықпен барысында .

Жылулықты   өзгерту   сияқты   лайықты   процесте   жүйе   энергиялары

қабылданған   есептеу   арқылы   аналар    плоёмкость   немесе   энтропияны   ,   ал

берілген   энергияны   сияқты   процестерде   жылу   айырбасты   -  арқылы   жылы

селдер , анықталатындар лайықты теңдеулерден жылу айырбас теориялары

( .).

Сонымен   ,   жылулық   және   жұмыс   -   мынау   қозғалыс   энергиялары   ,

берілгенді теплообме процестерінде  сәйкесті    және жұмыс іске асырулары

(   осыған   орай   асу   энергияларымен   оларды   кейде   атайды   ,   немесе

энергиялармен асу барысында ).

Ойдағыдай (7) және (8), жылулықты және жұмысты болады сонымен

қатар түсіндіру және қалай жарым-жартылар жетілдірулер энер  гии жүйелер

процестерде жылу айырбасты және іске асырулар жұмыстар

-  енгізілген  мөлшерлердің  -  жұмыстың  (7)  және  ішкі энергиялардың

артынан түрінде немесе тек қана түрінде жылулықтың энергия (8)- теңдеуі

толық энергия үшін (6) мүмкін жазылған

Қайда және - сыртқы және ішкі жұмыстың , анықталатындар , қалай

және энергия (1), сыртқы және ішкі күштер арқылы .

Термодинамика   бірінші   заң   теңдеуі   (9)   қабылданған   жазып   алу

дифференциалдыда және интеграль  ном түрде дәл осылай :

Жүйе ішкі энергия қайда - сәйкесті элементарлық және ақырғы өзгертуі

;   және   туралы   -   элементарлық   және   ақырғы   сан   тепла   ;8   W   және   -

элементарлық   және   ақырғы   жұмыс   .   Теңдеу   термодинамика   бірінші   заңы

аналитикалық   айтылуымен   (11)   келеді   ,    дәл   осылай   нято   тұжырымдау   :

жылулық идёт ішкі энергия өзгертуіне және жұмыс іске асыруына . Энергия

бірлігімен , жылулықтың және жұмыстың СИ джоуль келеді :

Газға   сәйкес   ,   -   цилиндрда   ,   ең   үлкен   мағына   поршень

ауыспалылығымен қысым өзгертулер - ішкі күштерінің жұмысын болады .

Егер р цилиндрында газ қысымы , анау уақыттарға  шень күшін іс істейді =

рЛ . поршень ауыспалылығы жанында жолдар 6 хті жұмыс іске асады

Сол уақытта теңдеулер біріншіні заңды термодинамиканың (10) және

(11) - тек қана жұмыстар өзгертулер - жазылады сондайда түрде :

Не жылулықтың тийды , анау её дәл осылай қарапайым емес удаётся

микроскоптық күштер арқылы есептеу және қауырсында    мещения және ол

жұмысшы   дене   температуралары   өзгертуге   пропорционалды   тарихи

анықталады

Теплоёмкость процестен тәуелді болады және белгілеулер лайықтылар

болады . Дәл осылай , изобарлық процес оқиғасында ол срды белгіленеді , ал

изохорного - су ,

Оқиғада процес изохорногосы ( - const ) жұмысы нольге бірдей { =0-

жоқ  менения - газды және неподрижен поршені ) және ішкі энергия өзгертуі

жылулыққа бірдей

Айтылу   (15)   әділ   тек   қана   үшін   сананың   газ   ,   т   .   .   Тағы   нақты   газ

оқиғасында ішкі энергия тәуелді болады - .

Жылулыққа   арналған   -   айтылулардың   (14)   және   ішкі   энергия

өзгертулері   бірінші   зако   (15)   теңдеуі    термодинамиканың   түр   (15)

қабылдайды

Ыдыста   ауа   изобарлық   қызуы   процесс   термодинамика   бірінші   заң

практикалық қолдану әдістемесі

Термодинамика бірінші заң теңдеуі (15) изобарлық процестің артынан (

р   =   const   ),   параметрлердің   өзгерту   ақырғы   аралығында   ағып   жатқанды   ,

түрінде жазылады

Тәжірибе   барысында   измеряются   бастапқы   және   ақырғы

температураның ( Г ,, Г 2) және - ( \, газар 2), қысымы және содан соң т . газ

көпшілігі есеп  айырысады  барлық мөлшерлер астына қойылады (17) және

есептейді - ся бөлек сол және оң мына теңдеу бөлімдері , ал бөлімдердің сол

және   оң   мағынасы   содан   соң   салыстырылады   аралық    соғыс   .   Мұқият   -

тәжірибе жанында және - сол бөлім таяу оң бөлімдерді болып шығады , не

ука  әділеттілікке зывает термодинамика бірінші заң жазулары түрінде (17).

Мөлшерлердің сан азаюына арналған және , сәйкесті , қателіктер - сол

және оңның теңдеу бөлімдерінің (17) ол түрге тура келеді

Теңдеу   әділеттілігі   (18)   және   ,   демек   ,   теңдеулер   (17)   дәлелделген

болады , егер тәжірибе қателігі

( жоқ болу жанында - - және ыдыста су тамшыларының барысының )

шекті   азырақ   болады    қателік   носительнойы   ,   есептелетіннің   формуламен

қайда абсолютті қателіктері және құралдардың шкала ең азы бөлулері баға

жартысына бірдей ДГ температураларының алады .

Лабораториялық құру суреттеуі

Еті тірі поршеньмен құру цилиндрдан түзеледі ( шыны шприц шыны

поршеньмен  :  металл   поршень  болады   заклиниваться  жылыту  жанында   )|,

ыдыстың сумен 2, 3, қайсы төменгі бөлімнің электронагреватель анықталған

сөнуші   түйіскен   термометр   тұйықталуы   жанында   4   және   срабатыва    нии

күшейткішті   құрылғы   реле   5,   термометр   6   өлшеуге   арналған   су

температуралары және , демек , шприцта ауаның ( сурет 1).

Жұмыс орындалу реті

2. қажеттілік жанында үстеп құю ыдыста су барысы тексеру ( ыдыс

қақпағы төмен су деңгейі тиісті болу ).

10   розеткаға   электронагревателя   шаңышқысын   салу   және   7.   қосу

жанында   жағады   ажыратқыш   қосу    4   түйіскен   термометрде   шынжыр

тұйықталулары ся күшейткішті құрылғы сол индикаторлық лампыша 5. қызу

кезеңге   дейін   өткізу   және   жылытқыш   сөндірулері   (   күшейткіш   оң

индикаторлық лампышасы жанады ).

Бөлмелік температура жанында шприц алу және дәл осылай поршенек

орнату , бастапқы үшін объём барынша көпті - шприцтан 90% шприцта ауаны

құрастырды   .   Айналдыра   поршенёк   ,   жету   ,   ең   аз   оның   ауыспалылығына

арналған жігер болды үшін ( қатты керілген жүру оқиғасында процес болады

емес изобарлықпен , немесе атмосфералық шприцта ауа қысымы шамадан

асырады ). жалпиған соңымен инемен шприц жабу және сумен ыдысқа оның

орнату . Қызу  нәтижесінде объём  ауаның увеличивается  және порше    нёк

орналасады .

Тәжірибе уақытына өлшеу :

Ал )   бастапқы   объём   цилиндрында   ауаның   ,   шприц   бөлулерімен   |

бөлмелік температура жанында ;

Б )

  t   шприцында   ауа   бастапқы   температурасын   \,°  (  бөлмелік  ауа

температурасына бірдей ) термометрмен 8;

)

 р шприцында ауа қысым , ст мм рт . .( ра бірдей атмосфералық

қысымына ) барометрмен 9.

Г )

  шприцта ауа ақырғы температурасын |2," ( су температурасына

бірдей ) термометрмен 6,

Д )

 ақырғы объём , шприц бөлулерімен , судан оның суырып алмай .

5

 тәжірибе нәтижелерінің өңдеуі жанында есептеу :

Ал )  ауа көпшілігін ( кг ) күй-жағдай теңдеуінен шприцта

,

- ауаны қабыл алу

Д )

 тәжірибе салыстырмалы қателігі формуламен (19);

Е )

 шекті салыстырмалы қателік ?,, (20);

1 6

 тап осы өлшеулерді кестеге және - әкеліп бере кету

Кесте 1- тап осы өлшеулердің және есеп-қисаптардың

7 тосу барлық табылғандар мөлшерлер (17) және (18) және салыстыру

солдар  және  оңдар   бөлімдер   бұларды  теңдеулердің  ,  сде    лать  шығарулар

туралы дәлдіктер тәжірибені .

Отчёт жұмыс туралы

Отчёт   жұмыс   туралы   аты   және   жұмыс   мақсат   ,   құру   схемасын   ,

негізгілер   -   формулалар   ,   кестені   тиісті   асырау   ,   расчёт   өлшеулердің

қателіктерінің .

Бақылау сұрақтар

Термодинамика   бірінші   заң   аналитикалық   айтылу   және   оның

физикалық мәні .

Жылулық   физикалық   мән   және   ішкі   энергиялар   және   олардың   -

формуланың .

Қалай жұмыс анықталады өзгертулер - ?

Температуралар аралық қандай байланыс және - изобарлық процесте

ме?

Қалай   термодинамика   бірінші   заң   теңдеуі   жазылады   үшін

изобарлықтың   ,   изохорного   ,   изотер    мического   және   адиабаттықты

процестердің бе?