лучшие книги по экономике
Главная страница

Главная

Замовити роботу

Последние поступления

Форум

Создай свою тему

Карта сайта

Обратная связь

Статьи партнёров


Замовити роботу
загрузка...
Книги по
алфавиту

Б
В
Г
Д
Е
Ж
З
И
К
Л
М
Н
О

ЕКОЛОГІЯ І ЕКОНОМІКА

Страницы [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]
[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]

1.3.2. Термодинамічні системи.
Рівняння стану та процеси
Поняття термодинамічної системи передбачає передовсім пев­ну, заздалегідь визначену, кількість речовини, в якій функціональ­ний зв’язок її параметрів (наприклад, у газових системах Р, V i Т) взаємно зумовлює стан усієї системи в цілому. Наприклад, для еколога йбіолога це може бути клітина організму, окрема біосистема чи біосфера в цілому, а для інженера-хіміка або менеджера-економіста — реагенти й продукти реакції в об’ємі апарата. Кожний з названих фахівців має власну професійну зацікавленість у тому, як будуть відбуватися процеси зміни стану системи, складу її компонентів чи енергетичних характеристик.
Процес — це зміна стану системи, зумовлена зміною її параметрів (наприклад, у газових системах Р, V, Т).
Виразивши за рівнянням Клапейрона функціональний зв’язок параметрів газових систем Р, V i Т як: , розуміємо, що зміна будь якого параметру зумовлює зміну іншого (чи інших) так, що не змінює відношення . Будь-який параметр може залишатися і незмінним, наприклад, Т, тоді рівняння матиме таке вираження: PV = RT.
Серед різноманітних умов, за яких відбуваються термодинамічні процеси (зміна стану системи рис. 21), розглянемо:
1. Ізотермічні процеси, що відбуваються за сталої температури (Т — const) — наприклад, випаровування води, плавлення льоду чи металу, фотосинтез, травлення їжі та інші біопроцеси в організмі людини, тварин, рослин тощо. Рівняння процесу:  (рис. 21 а).
2. Ізобарні процеси, що відбуваються за сталого тиску (). Графік  — пряма лінія. Рівняння стану:  (рис. 21 б).


Рис. 21. Графіки процесів зміни термодинамічного стану системи
Ізобарні процеси відбуваються в атмосфері під час згоряння палива, в газових турбінах і реактивних двигунах, де об’єм системи змінюється пропорційно температурі.
3. Ізохорні процеси, що відбуваються за сталого об’єму . У таких процесах тиск зростає пропорційно температурі, тому графік  є прямою лінією. Рівняння стану:  (рис. 21 в).
Ізохорні процеси відбуваються в автоклаві, природних покладах газу й нафти, у надрах Землі та ін.
4. Адіабатичні процеси, що відбуваються без обміну теплом з навколишнім середовищем.
Рівняння стану:
,
де  .
Системи, у яких відбуваються адіабатичні процеси, не обов’язково мають теплову ізоляцію від навколишнього середовища. Часто адіабатичні процеси мають місце у звичайних умовах, але за дуже швидкого перебігу змін параметрів процесу, коли система не встигає обмінятися теплом з навколишнім середовищем. Наочно це явище продемонстрував ще в 1803 р. французький майстер — зброяр, який сконструював прилад на зразок велосипедного насоса, але значно меншого діаметра. За енергійного переміщення металевого поршня тиск повітря під поршнем швидко підвищується, а робота, виконана над системою повітря у трубці насоса, трансформується в енергію руху молекул повітря. Відтак температура його підвищувалася настільки, що
трут, який закріплювали під поршнем, спалахував (тоді ще не було винайдено сірники).
У сучасній техніці на цьому принципі працюють дизельні двигуни внутрішнього згоряння, в них суміш запалюється не від електричної іскри, а саме від підвищення температури в процесі її стиснення поршнем у циліндрі. І навпаки, якщо система (газ) збільшує об’єм, то вона витрачає енергію на виконання роботи , унаслідок чого інтенсивність руху молекул газу, отже, і його енергія та температура, знижуються.

Те, що газ за розширення системи втрачає енергію, наочно доводить таке, наприклад, явище: стиснутий у балоні газ СО2, якщо його випускати в полотняну торбинку, настільки охолоджується, що заповнює її «снігом» (сухий лід з = ^700С). Енергія розширення газу при цьому передається зовнішньому середовищу.
Розглянемо роботу передавання енергії від однієї системи іншій в ізотермічному процесі. Рівняння роботи розширення будь-якого газу в диференційній формі (за безкінечно малої зміни об’єму) запишемо . З рівняння  визначимо тиск системи , звідки
Розглядаючи роботу такої системи відносно одного моля газу за зміни об’єму від малого  до великого , проінтегруємо наведений вище вираз , пам’ятаючи, що процес ізотермічний, отже  разом з  — сталі:

Ця формула є найпоширенішою за термодинамічних роз-
рахунків.
На рис. 22 а подано графік, який показує роботу розширення газу в ізотермічному процесі. Якщо Т — const, система, виконуючи роботу, не змінює внутрішню енергію, а витрачену енергію на виконання роботи розширення вона компенсує, поглинаючи її (тепло) з навколишнього середовища. У протилежному процесі стискання газу робота виконується над системою та кількісно дорівнюватиме роботі прямого циклу, але з протилежним знаком. При цьому енергія (робота) стискання виділяється системою (тепло) в навколишнє середовище.
Термодинамічні цикли відбуваються повсякчас як у природних, так і в технічних системах.
На рис. 22 б показано цикл зміни стану води у природних умовах:
1—2. Зранку холодна роса (система) у лузі нагрівається на сонці, пружність пари (тиск) у крапельках роси зростає (ізохорний процес);
2—3. Починається швидке випаровування води. Система пари збільшує об’єм за постійного (атмосферного) тиску (ізобарний процес).
3—4. Пара, піднімаючись, охолоджується, об’єм і тиск зменшуються.
4—1. Пара конденсується, різко зменшуючи об’єм і тиск, і дощем повертається на луг.

Рис. 22 а, б. Графік роботи розширення газу в ізотермічному процесі
Отак система, використавши сонячну енергію, виконала роботу з підняття води догори і, віддавши енергію назовні, повернулася до попереднього стану — відбувся термодинамічний цикл.
1.3.3. Закони термодинаміки та термодинамічні
величини (функції) системи
Закони термодинаміки стосуються термодинамічних систем — сукупності тіл, які можуть обмінюватися між собою та з іншими тілами зовнішнього середовища енергією і речовиною.
Термодинамічні величини (функції чи параметри) — це фізичні величини — характеристики стану системи, взаємопов’язані в рівняннях стану системи. З деякими з них (тиск, об’єм, температура) ми вже знайомі. Тепер розглянемо складніші, зокрема «внутрішня енергія», «ентальпія», «ентропія», «енергія Гіббса», за допомогою яких формулюються термодинамічні закони.
Перший закон термодинаміки відображає всесвітній закон збереження енергії за перетворення тепла в роботу, і навпаки. Одне з його формулювань:
тепло, яке підводиться до системи Q, може витрачатися на збільшення внутрішньої енергії (інтенсивності руху молекул або атомів) системи U і виконання нею роботи.
Якщо система з внутрішньою енергією  переходить у стан із внутрішньою енергією , отримуючи із зовнішнього середовища тепло Q, то її внутрішня енергія  становитиме
Але якщо при цьому система виконуватиме роботу А над зовнішнім середовищем, то її внутрішня енергія зменшиться саме на величину А. Отже, , звідки зміна внутрішньої енергії , а підведене тепло .
Саме це рівняння і становить математичне вираження першого закону термодинаміки.
Для газової системи робота А, яку вона виконує, збільшуючи об’єм на , позначається добутком зовнішнього тиску Р на зміну об’єму —  Якщо зміна внутрішньої енергії системи, до якої надходить тепло, відбувається практично без зміни її об’єму, отже, без виконання роботи, то член рівняння  буде дорівнювати нулю, що має місце за нагрівання твердої речовини чи рідини. Зміна внутрішньої енергії такої системи визначається за формулою: , де  — молярна теплоємність; n — кількість молей;  — різниця між кінцевою та початковою температурами.
Для хімічних реакцій (за ) зміна внутрішньої енергії дорівнюватиме тепловому ефектові, взятому з оберненим знаком.
А чи змінює якусь іще функцію системи теплота, котру втрачає чи поглинає система при зміні об’єму за постійного тиску, тобто виконуючи роботу, коли ? Така термодинамічна функція стану системи існує та називається ентальпією. Вона позначається буквою H і визначається рівнянням: , де p — внутрішній тиск системи (позначається малою літерою p на відміну від P для зовнішнього тиску), U — внутрішня енергія системи (руху та взаємозв’язку атомів чи молекул).
Член рівняння pV — енергія системи, яка визначається простором V. Інколи її називають зовнішньою енергією.
Зміна ентальпії визначається рівнянням:

Страницы [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]
[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]


ВНИМАНИЕ! Содержимое сайта предназначено исключительно для ознакомления, без целей коммерческого использования. Все права принадлежат их законным правообладателям. Любое использование возможно лишь с согласия законных правообладателей. Администрация сайта не несет ответственности за возможный вред и/или убытки, возникшие или полученные в связи с использованием содержимого сайта.
© 2007-2017 BPK Group.