Термодинамика и теплопередача: Термодинамика и теплопередача

Жанр: Термодинамика, теплопередача, теплотехника (25 книг)

Список жанров

Поделиться:

Термодинамика (греч. θέρμη — «тепло», δύναμις — «сила») — раздел физики, изучающий соотношения и превращения теплоты и других форм энергии. В отдельные дисциплины выделились химическая термодинамика, изучающая физико-химические превращения, связанные с выделением или поглощением тепла, а также теплотехника.

Теплопередача – это дисциплина теплотехники , которые касаются генерации, использования, преобразование и обмен тепловой энергии (тепла ) между физическими системами. Передача тепла подразделяется на различные механизмы, такие как теплопроводность , тепловая конвекция , тепловое излучение и передача энергии посредством фазовых переходов . Инженеры также рассматривают перенос массы различных химических веществ, холодных или горячих, для достижения теплопередачи. Хотя эти механизмы имеют разные характеристики, они часто возникают одновременно в одной и той же системе.

Теплотехника – отрасль техники, занимающаяся получением и использованием теплоты в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и в быту.

(исправить описание жанра)

(сбросить все фильтры)   (все книги на одной странице)

Показывать:	НазванияАннотацииОбложки
Сортировать по:	алфавитуавторамдате поступленияскачиваниямоценкамгоду изданияразмеру

Зарегистрируйтесь / залогиньтесь для возможности сортировки книг.

14.09.2022

–  Авиационная и ракетно-космическая теплотехника. Введение в специальность: Учебное пособие  970 Кб скачать: (djvu) – (djvu+fbd)  читать: (полностью) – (постранично) – Валерий Павлович Бурдаков

–  Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике  9.56 Мб скачать: (djvu) – (djvu+fbd)  читать: (полностью) – (постранично) – Т. В. Михайлова – Всеволод Сергеевич Авдуевский – Борис Мефодиевич Галицейский – Геннадий Александрович Глебов – Ю. И. Данилов

–  Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике: Учебник для авиационных специальностей вузов. — 2-е изд., перераб. и доп.  (и.с. Для вузов) 8.62 Мб скачать: (djvu) – (djvu+fbd)  читать: (полностью) – (постранично) – Т. В. Михайлова – Всеволод Сергеевич Авдуевский – Борис Мефодиевич Галицейский – Геннадий Александрович Глебов – Ю. И. Данилов

28.08.2022

–  Гиперзвуковая аэродинамика и тепломассообмен спускаемых космических аппаратов и планетных зондов  10.61 Мб скачать: (djvu) – (djvu+fbd)  читать: (полностью) – (постранично) – Коллектив авторов

12.08.2022

–  Справочник теплоэнергетика предприятий цветной металлургии  15.47 Мб скачать: (djvu) – (djvu+fbd)  читать: (полностью) – (постранично) – С. Н. Абашкин – В. П. Андреев – Б. О. Багров – О. Н. Багров – Л. Н. Бажанов

14.04.2022

–  Теплотехника: Учебник для вузов. — 3-е изд., перераб. и доп.  5.16 Мб скачать: (djvu) – (djvu+fbd)  читать: (полностью) – (постранично) – Николай Николаевич Лариков

13.

04.2022

–  Термодинамика и теплопередача. Учебник для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп.  5.88 Мб скачать: (djvu) – (djvu+fbd)  читать: (полностью) – (постранично) – Виктор Константинович Щукин – Андрей Владимирович Болгарский – Геннадий Алексеевич Мухачев

–  Термодинамика  4.83 Мб скачать: (djvu) – (djvu+fbd)  читать: (полностью) – (постранично) – Константин Анатольевич Путилов

–  Техническая термодинамика  7.87 Мб скачать: (djvu) – (djvu+fbd)  читать: (полностью) – (постранично) – Т. В. Михайлова

–  Техническая термодинамика: Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп.  7.68 Мб скачать: (djvu) – (djvu+fbd)  читать: (полностью) – (постранично) – Александр Иванович Леонтьев – Евгений Васильевич Дрыжаков – Сергей Иванович Исаев – Иван Александрович Кожинов – Николай Павлович Козлов

11.03.2022

–  Термодинамика. Учебное пособие для вузов  8 Мб скачать: (djvu) – (djvu+fbd)  читать: (полностью) – (постранично) – Михаил Петрович Вукалович – Иван Иванович Новиков

–  Термодинамика химических процессов. Нефтехимический синтез, переработка нефти, угля и природного газа  7.49 Мб скачать: (djvu) – (djvu+fbd)  читать: (полностью) – (постранично) – Юрий Моисеевич Жоров

22.12.2021

–  Теплотехника: Учебник для химико-технологических специальностей вузов  7.33 Мб скачать: (djvu) – (djvu+fbd)  читать: (полностью) – (постранично) – Александр Васильевич Чечеткин – Нина Аркадьевна Занемонец

–  Теплопередача в промышленных установках  9.09 Мб скачать: (djvu) – (djvu+fbd)  читать: (полностью) – (постранично) – Альфред Шак

–  Прикладная термодинамика и теплопередача. Изд. 2-е.  5.66 Мб скачать: (djvu) – (djvu+fbd)  читать: (полностью) – (постранично) – Иван Иванович Новиков – Кирилл Дмитриевич Воскресенский

–  Техническая термодинамика и теплопередача: Учебное пособие. — 3-е изд., перераб. и доп.  6.93 Мб скачать: (djvu) – (djvu+fbd)  читать: (полностью) – (постранично) – Александр Николаевич Алабовский – Иван Афанасьевич Недужий

23.06.

2021

– Вопросы теоретической термодинамики 1.12 Мб, 11с. читать: (полностью)  скачать: (fb2) (исправленную) – Константин Владимирович Ефанов

03.06.2021

–  Химическая термодинамика  9.35 Мб скачать: (djvu) – (djvu+fbd)  читать: (полностью) – (постранично) – И. Пригожин – Р. Дефэй

–  Термодинамика  2.82 Мб скачать: (djvu) – (djvu+fbd)  читать: (полностью) – (постранично) – Вера Федоровна Леонова

02.06.2021

–  Техническая термодинамика и теплопередача: Курс лекций  3.62 Мб скачать: (djvu) – (djvu+fbd)  читать: (полностью) – (постранично) – Валерий Давидович Карминский

–  Техническая термодинамика. – 4-е изд.  8.43 Мб скачать: (djvu) – (djvu+fbd)  читать: (полностью) – (постранично) – Михаил Петрович Вукалович – Иван Иванович Новиков

–  Элементарная термодинамика  (пер. И. Б. Виханский) 3.76 Мб скачать: (djvu) – (djvu+fbd)  читать: (полностью) – (постранично) – Д. Тер Хаар – Г. Вергеланд

09.09.2012

– Все о предпусковых обогревателях и отопителях 9. 07 Мб, 124с. читать: (полностью) – (постранично) скачать: (fb2) – (исправленную) – Владимир Найман

– Теплотехника (а.с. Шпаргалки) 502 Кб, 58с. читать: (полностью)  скачать: (fb2) (исправленную) – Наталья Бурханова

07.09.2012

– Термодинамика реальных процессов 1.19 Мб, 668с. читать: (полностью) – (постранично) скачать: (fb2) – (исправленную) – Альберт Иозефович Вейник

Зарегистрируйтесь / залогиньтесь для выкачки нескольких книг одним файлом.

Сапожников С.З. Китанин Э.Л. Техническая термодинамика и теплопередача

• формат pdf
• размер 4.47 МБ
• добавлен 01 июля 2011 г.

Учебник для вузов. – СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1999. – 319 с.
Изложены основы технической термодинамики и теплопередачи. Представлены начала термодинамики, методы расчета термодинамических процессов с идеальным газом и с реальными рабочими телами, циклов энергетических установок, холодильных машин и тепловых насосов.

Описаны процессы стационарной и нестационарной теплопроводности, конвективного теплообмена, теплообмена излучением. Изложены основы технической термодинамики и теплопередачи. Даны основы теплового расчета теплообменников.
Предназначен для бакалавров по направлению 551400 “Наземные транспортные системы”.

Читать онлайн

Похожие разделы

1. Академическая и специальная литература
2. Топливно-энергетический комплекс
3. Теплообменные аппараты

1. Академическая и специальная литература
2. Топливно-энергетический комплекс
3. Теплотехника

1. Академическая и специальная литература
2. Топливно-энергетический комплекс
3. Холодильная и криогенная техника

1. Академическая и специальная литература
2. Топливно-энергетический комплекс
3. Холодильные машины и аппараты

1. Академическая и специальная литература
2. Транспорт
3. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС)

1. Академическая и специальная литература
2. Физика
3. Термодинамика, молекулярная и статистическая физика

1. Академическая и специальная литература
2. Химия и химическая промышленность
3. Процессы и аппараты химической технологии
4. Тепловые процессы и аппараты

1. Академическая и специальная литература
2. Химия и химическая промышленность
3. Физическая и коллоидная химия
4. Химическая термодинамика

Смотрите также

Практикум

• формат pdf
• размер 212. 27 КБ
• добавлен 20 ноября 2010 г.

Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2003. – 28 с. Предмет “Техническая термодинамика” и следующий за ним предмет “Тепломассообмен” являются теоретическим фундаментом теплотехники. На базе дисциплин осуществляются расчеты и проектирование тепловых двигателей, компрессоров, сушильных и холодильных установок, теплогенераторов, теплообменников и др. Знание материала этих дисциплин позволяет технически грамотно эксплуатировать указанное оборудование и осуществлят…

• формат pdf
• размер 546.69 КБ
• добавлен 10 августа 2009 г.

Методические указания по курсам «Техническая термодинамика», «Термоди- намика и теплопередача», «Теоретические основы теплотехники» для студен- тов всех форм обучения теплоэнергетического и строительного факультетов УГТУ–УПИ, Екатеринбург 2005, -22 стр. Термодинамические свойства воздуха. Давление влажного воздуха. Влагосодержание, абсолютная и относительная влажность Абсолютной влажностью. Кажущаяся молекулярная масса, газовая постоянная и плотн…

• формат pdf
• размер 12.87 МБ
• добавлен 13 ноября 2009 г.

Учеб. пособие для вузов. – 3-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат,1986. -304 с. Рассмотрены основы экспериментального исследования термодинамических свойств веществ и процессов, изучение которых проводится в лабораторных работах, предусмотренных учебными планами и программами курсов “Техническая термодинамика”, “Термодинамика” и “Теплотехника”. Приведены краткие сведения о средствах измерения и обработке результатов эксперимента с применением…

• формат djvu
• размер 3.56 МБ
• добавлен 10 ноября 2008 г.

2005- 224 с. Курс лекций предназначен для нетеплотехнических специальностей железнодорожных вузов в соответствии с программой курса “Техническая термодинамика и теплопередача”. Изложены основные законы термодинамики, термодинамические процессы, циклы тепловых двигателей и холодильных установок, основы учения о теплообмене. Рассматриваются процессы теплопроводности, конвективного теплообмена, теплообмена излучения, а также теплообмена при фазовых…

Курсовая работа

• формат doc
• размер 474.71 КБ
• добавлен 06 апреля 2011 г.

Попова Т. М. Одесса: ОНПУ. 2008г-27с Вариант 6 Дисциплина: ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА Содержание: Назначение и типы теплоэнергетических установок (ТЭУ) Исходные данные: N,MBт-700 P1,MПа-3,5 t1, °C-300 P2, MПа-0,04 ?OI-0,7 Qpн,MДж/kг-13 ?T=?t,K -20 Расчёты: Основные характеристики идеального цикла Ренкина и ПСУ Промежуточный или вторичный перегрев пара. Предельная регенерация Расчетные соотношения для предельно-регенеративного цикла Ренк…

• формат pdf
• размер 856.97 КБ
• добавлен 28 марта 2010 г.

Конспект лекций для студентов всех форм обучения, Рубцовск: РИО, 2002. – 190 с. Термодинамика: общие положения, уравнения состояния, общая классификация процессов идеальных газов, работа расширения рабочего вещества, первый закое технической термодинамики, второй закон технической термодинамики, расчет процессов идеального газа, процессы компрессоров, истечение идеального газа, циклы ДВС (двигателей внутреннего сгорания), циклы ГТУ (газотурбинны…

• формат djvu
• размер 4.92 МБ
• добавлен 26 июня 2008 г.

Изд. 2-е, перераб.

и доп. М.: Высшая Школа, 1975 Техническая термодинамика Уравнение состояния идеальных газов Смесь идеальных газов Реальные газы Первый закон термодинамики Теплоемкость газов. Энтропия Термодинамические процессы идеальных газов Второй закон термодинамики Характеристические фукнции и термодинамические потенциалы. Равновесие систем Дифференциальные уравления термодинамики Водяной пар Основные термодинамические процессы водяного п…

• формат doc
• размер 383.01 КБ
• добавлен 04 января 2009 г.

Методические рекомендации и контрольные задания. Данное учебное пособие по курсу «Теплотехника» составлено в соответствии с программой рекомендованной Министерством образования России для направления подготовки специалистов по специальности 330400 – «Пожарная безопасность». В первой части – «Термодинамика» – главное внимание уделено первому закону термодинамики и его приложению к аналитическому расчету термодинамических процессов в идеальных газа.

..

• формат rtf
• размер 360.81 КБ
• добавлен 10 октября 2011 г.

Метод. указания и контрольные задания для студентов заочного отделения; Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 2006. 20с. Методические указания предназначены для организации самостоятельной работы студентов заочного отделения при изучении общеинженерного учебного курса Термодинамика и теплопередача. Здесь приведена развернутая программа теоретического материала курса и дано содержание контрольных заданий. В методических комментариях акцентируются наиболе…

• формат pdf
• размер 161.7 МБ
• добавлен 01 января 2012 г.

Минск: УП “Технопринт”, 2004. – 486 с. Техническая термодинамика, ч .1. Учебник для студентов вузов строительных и энергетических специальностей.

15.3 Введение во второй закон термодинамики: тепловые двигатели и их эффективность — College Physics 2e

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Назовите выражения второго закона термодинамики.
• Рассчитайте КПД и выбросы углекислого газа угольной электростанции, используя характеристики второго закона.
• Опишите и дайте определение циклу Отто.

Рисунок 15.14 Эти льдины тают во время арктического лета. Некоторые из них замерзают зимой, но второй закон термодинамики предсказывает, что молекулы воды, содержащиеся в этих конкретных льдинах, крайне маловероятно, чтобы преобразовать характерную форму аллигатора, которую они сформировали, когда снимок был сделан летом 2009 года. (Фото: Патрик Келли, Береговая охрана США, Геологическая служба США) Многие процессы протекают самопроизвольно только в одном направлении, т. е. необратимы при данном наборе условий. Хотя необратимость наблюдается в повседневной жизни — например, разбитое стекло не возвращается в исходное состояние — полная необратимость — это статистическое утверждение, которое нельзя увидеть в течение жизни Вселенной. Точнее, необратимый процесс — это процесс, зависящий от пути. Если процесс может идти только в одном направлении, то обратный путь принципиально иной и процесс не может быть обратимым. Например, как отмечалось в предыдущем разделе, теплота включает передачу энергии от более высокой температуры к более низкой. Холодный объект при соприкосновении с горячим никогда не становится холоднее, передавая тепло горячему объекту и делая его горячее. Кроме того, механическая энергия, например кинетическая энергия, может быть полностью преобразована в тепловую энергию трения, но обратное невозможно. Горячий неподвижный объект никогда самопроизвольно не остывает и не приходит в движение. Еще одним примером является расширение струи газа, введенной в один из углов вакуумной камеры. Газ расширяется, заполняя камеру, но никогда не собирается в углу. Беспорядочное движение молекул газа могло бы привести их всех обратно в угол, но этого никогда не происходит. (См. рис. 15.15.)

Рисунок 15.15 Примеры односторонних процессов в природе. а) Теплопередача происходит самопроизвольно от горячего к холодному, а не от холодного к горячему. (b) Тормоза этого автомобиля преобразуют его кинетическую энергию в передачу тепла окружающей среде. Обратный процесс невозможен. (c) Выброс газа, впущенного в эту вакуумную камеру, быстро расширяется, чтобы равномерно заполнить все части камеры. Беспорядочные движения молекул газа никогда не вернут их в угол.

Тот факт, что некоторые процессы никогда не происходят, говорит о том, что существует закон, запрещающий их осуществление. Первый закон термодинамики допускает их возникновение — ни один из этих процессов не нарушает закон сохранения энергии. Закон, запрещающий эти процессы, называется вторым законом термодинамики. Мы увидим, что второй закон можно сформулировать разными способами, которые могут показаться разными, но на самом деле они эквивалентны. Как и все законы природы, второй закон термодинамики дает представление о природе, и несколько его утверждений подразумевают, что он широко применим, коренным образом влияя на многие, казалось бы, несопоставимые процессы.

Уже знакомое нам направление теплопередачи от горячего к холодному лежит в основе нашей первой версии второго закона термодинамики.

Второй закон термодинамики (первое выражение)

Теплопередача происходит самопроизвольно от тел с более высокой температурой к телам с более низкой температурой, но никогда самопроизвольно в обратном направлении.

Другой способ сформулировать это: ни один процесс не может иметь своим единственным результатом передачу тепла от более холодного объекта к более горячему.

Тепловые двигатели

Теперь давайте рассмотрим устройство, которое использует теплопередачу для выполнения работы. Как отмечалось в предыдущем разделе, такое устройство называется тепловым двигателем, и оно схематически показано на рис. 15.16(b). Бензиновые и дизельные двигатели, реактивные двигатели и паровые турбины — все это тепловые двигатели, которые работают, используя часть теплопередачи из какого-либо источника. Теплоотдача от горячего тела (или горячего резервуара) обозначается как QhQh, теплопередача в холодный предмет (или холодный резервуар) – QcQc, а работа, совершаемая двигателем, – WW. Температуры горячего и холодного резервуаров равны ThTh и TcTc соответственно.

Рисунок 15.16 а) Теплопередача происходит самопроизвольно от горячего тела к холодному в соответствии со вторым законом термодинамики. б) Тепловая машина, представленная здесь кружком, использует часть теплопередачи для совершения работы. Горячие и холодные объекты называются горячими и холодными резервуарами. QhQh — теплоотдача из горячего резервуара, WW — работа, QcQc — теплоотдача в холодный резервуар.

Поскольку горячий резервуар нагревается снаружи, что требует больших затрат энергии, важно, чтобы работа выполнялась максимально эффективно. На самом деле хотелось бы, чтобы WW было равно QhQh, и чтобы не было передачи тепла в окружающую среду (Qc=0Qc=0). К сожалению, это невозможно. Второй закон термодинамики также утверждает относительно использования теплопередачи для совершения работы (второе выражение второго закона):

Второй закон термодинамики (второе выражение)

Ни в одной системе теплопередачи от резервуара невозможно полное преобразование в работу в циклическом процессе, при котором система возвращается в исходное состояние.

Циклический процесс возвращает систему, например газ в баллоне, в исходное состояние в конце каждого цикла. В большинстве тепловых двигателей, таких как поршневые двигатели и вращающиеся турбины, используются циклические процессы. Второй закон, только что изложенный в его второй форме, ясно утверждает, что такие двигатели не могут иметь совершенного преобразования теплопередачи в совершенную работу. Прежде чем перейти к основным причинам ограничений на преобразование теплопередачи в работу, нам необходимо изучить взаимосвязь между WW, QhQh и QcQc и определить эффективность циклической тепловой машины. Как уже отмечалось, циклический процесс возвращает систему в исходное состояние в конце каждого цикла. Внутренняя энергия такой системы UU одинакова в начале и в конце каждого цикла, то есть ΔU=0ΔU=0. Первый закон термодинамики гласит, что

ΔU=Q-W, ΔU=Q-W,

15,22

, где QQ — чистая теплопередача во время цикла (Q=Qh−QcQ=Qh−Qc), а WW — чистая работа, выполненная системой. Поскольку ΔU=0ΔU=0 для полного цикла, имеем

0=Q−W,0=Q−W,

15,23

так что

В=Q.W=Q.

15,24

Таким образом, чистая работа, совершаемая системой, равна чистой передаче тепла в систему, или

W=Qh-Qc(циклический процесс),W=Qh-Qc(циклический процесс),

15,25

, как схематично показано на рис. 15.16(b). Проблема в том, что во всех процессах происходит некоторая теплопередача QcQc в окружающую среду, и обычно очень значительная.

При преобразовании энергии в работу мы всегда сталкиваемся с проблемой того, что получаем меньше, чем вкладываем. Мы определяем эффективность преобразования EffEff как отношение полезной работы, произведенной к входной энергии (или, другими словами, отношение того, что мы получаем, к тому, что мы тратим). В этом духе мы определяем КПД тепловой машины как его чистую выходную мощность WW, деленную на теплопередачу двигателю QhQh; то есть

Эфф=WQч. Эфф=WQч.

15,26

Поскольку W=Qh-QcW=Qh-Qc в циклическом процессе, мы также можем выразить это как

Eff=Qh-QcQh=1-QcQh(циклический процесс),Eff=Qh-QcQh=1-QcQh(циклический процесс),

15,27

поясняя, что КПД 1, или 100%, возможен только при отсутствии передачи тепла в окружающую среду (Qc=0Qc=0). Обратите внимание, что все QQ положительны. Направление теплопередачи указывается знаком плюс или минус. Например, QcQc находится вне системы, поэтому ему предшествует знак минус.

Пример 15,3

Ежедневная работа угольной электростанции, ее эффективность и выбросы углекислого газа

Угольная электростанция представляет собой огромную тепловую машину. Он использует теплопередачу от сжигания угля для выполнения работы по вращению турбин, которые используются для выработки электроэнергии. За один день крупная угольная электростанция имеет 2,50×1014J2,50×1014Дж теплоотдачи от угля и 1,48×1014J1,48×1014Дж теплоотдачи в окружающую среду. а) Какую работу совершает электростанция? б) Каков КПД электростанции? (c) В процессе горения происходит следующая химическая реакция: _{C+O2→CO2C+O2→CO2} . Это означает, что каждые 12 кг угля выбрасывают в атмосферу 12 кг + 16 кг + 16 кг = 44 кг углекислого газа. Предполагая, что 1 кг угля может обеспечить 2,5×106 Дж2,5×106 Дж теплопередачи при сгорании, сколько _CO2CO2 выбрасывается в сутки этой электростанцией?

Стратегия для (a)

Мы можем использовать W=Qh-QcW=Qh-Qc, чтобы найти выход работы WW, предполагая, что на электростанции используется циклический процесс. В этом процессе вода кипятится под давлением с образованием высокотемпературного пара, который используется для работы паровых турбин-генераторов, а затем конденсируется обратно в воду, чтобы снова запустить цикл.

Решение для (a)

Результат работы определяется как:

W=Qh-Qc.W=Qh-Qc.

15,28

Подставляя данные значения:

W=2,50×1014Дж–1,48×1014Дж=1,02×1014Дж.

15,29

Стратегия для (b)

Эффективность можно рассчитать с помощью Eff=WQhEff=WQh, поскольку QhQh задано, а работа WW была найдена в первой части этого примера.

Решение для (b)

Эффективность определяется как: Eff=WQhEff=WQh. Только что было найдено, что работа WW равна 1,02 × 1014J1,02 × 1014J, и задано QhQh, поэтому эффективность равна

Eff=1,02×1014J2,50×1014J=0,408, или 40,8%Eff=1,02×1014J2,50×1014J=0,408, или 40,8%

15,30

Стратегия (c) 9 0089

Ежедневное потребление угля рассчитывается с использованием информации о том, что каждый день теплопередача от угля составляет 2,50×1014 Дж2,50×1014 Дж. В процессе горения мы имеем _{C+O2→CO2C+O2→CO2} . Таким образом, каждые 12 кг угля выбрасывают в атмосферу 12 кг + 16 кг + 16 кг = 44 кг _CO2CO2 .

Раствор для (с)

Суточный расход угля составляет

2,50×1014J2,50×106Дж/кг=1,0×108кг. 2,50×1014J2,50×106Дж/кг=1,0×108кг.

15,31

Если предположить, что уголь чистый и весь уголь идет на производство двуокиси углерода, то двуокиси углерода, произведенной за день, будет

1,0×108 кг угля×44 кг CO212 кг угля=3,7×108 кг CO2.1,0×108 кг угля×44 кг CO212 кг угля=3. 7×108 кг CO2.

15.32

Ежедневно производится 370 000 метрических тонн _CO2CO2 .

Обсуждение

Если вся выходная мощность преобразуется в электроэнергию в течение одного дня, средняя выходная мощность составит 1180 МВт (это остается вам решить в конце главы). Это значение примерно соответствует размеру крупной обычной электростанции. Найденный КПД приемлемо близок к значению 42%, данному для угольных электростанций. Это означает, что целых 59,2% энергии приходится на передачу тепла в окружающую среду, что обычно приводит к потеплению озер, рек или океана вблизи электростанции, а также к потеплению планеты в целом. Хотя законы термодинамики ограничивают эффективность таких установок, включая установки, работающие на ядерном топливе, нефти и природном газе, передача тепла в окружающую среду может использоваться и иногда используется для обогрева домов или для промышленных процессов. В целом низкая стоимость энергии не делает более экономичным более эффективное использование отработанного тепла от большинства тепловых двигателей. Электростанции, работающие на угле, производят наибольшее количество _CO2CO2 на единицу выработки энергии (по сравнению с природным газом или нефтью), что делает уголь наименее эффективным ископаемым топливом.

С информацией, приведенной в примере 15.3, мы можем найти такие характеристики, как КПД тепловой машины, не зная, как она работает, но дальнейшее изучение механизма двигателя даст нам более глубокое понимание. На рис. 15.17 показана работа обычного четырехтактного бензинового двигателя. Четыре показанных шага завершают цикл этой тепловой машины, возвращая смесь бензина и воздуха в исходное состояние.

Цикл Отто, показанный на рис. 15.18(а), используется в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания, хотя на самом деле траектории истинного цикла Отто не соответствуют точно тактам двигателя.

Адиабатический процесс AB соответствует почти адиабатическому такту сжатия бензинового двигателя. В обоих случаях над системой (газовой смесью в цилиндре) совершается работа, повышающая ее температуру и давление. На пути BC цикла Отто теплопередача QhQh в газ происходит при постоянном объеме, вызывая дальнейшее повышение давления и температуры. Этот процесс соответствует сжиганию топлива в двигателе внутреннего сгорания и происходит настолько быстро, что объем почти не меняется. Путь CD в цикле Отто — это адиабатическое расширение, которое действует на внешний мир точно так же, как рабочий ход двигателя внутреннего сгорания действует при его почти адиабатическом расширении. Работа, совершаемая системой на пути CD, больше, чем работа, совершаемая системой на пути AB, потому что давление больше, а значит, есть чистый выход работы. По пути DA в цикле Отто теплоотдача QcQc от газа при постоянном объеме снижает его температуру и давление, возвращая в исходное состояние. В двигателе внутреннего сгорания этот процесс соответствует выпуску горячих газов и впуску воздушно-бензиновой смеси при значительно более низкой температуре. В обоих случаях по этому конечному пути происходит передача тепла в окружающую среду.

Чистая работа, выполненная циклическим процессом, представляет собой площадь внутри замкнутого пути на диаграмме PVPV, такой как внутренний путь ABCDA на рис. 15.18. Обратите внимание, что в каждом вообразимом циклическом процессе абсолютно необходима передача тепла от системы, чтобы получить чистую выходную мощность. В цикле Отто передача тепла происходит по пути DA. Если теплопередача не происходит, то обратный путь тот же, а чистая работа равна нулю. Чем ниже температура на пути АВ, тем меньшую работу необходимо совершить для сжатия газа. Площадь внутри замкнутого пути тогда больше, поэтому двигатель выполняет больше работы и, следовательно, более эффективен. Точно так же, чем выше температура на пути CD, тем больше выходная мощность. (См. рис. 15.19..) Таким образом, эффективность связана с температурами горячего и холодного резервуаров. В следующем разделе мы увидим, каков абсолютный предел эффективности тепловой машины и как он связан с температурой.

Рисунок 15.17 В четырехтактном бензиновом двигателе внутреннего сгорания передача тепла в работу происходит в циклическом процессе, показанном здесь. Поршень соединен с вращающимся коленчатым валом, который выполняет работу над газом в цилиндре. а) Воздух смешивается с топливом во время такта впуска. (b) Во время такта сжатия топливовоздушная смесь быстро сжимается в почти адиабатическом процессе, когда поршень поднимается при закрытых клапанах. Работа совершается на газе. (c) Рабочий такт состоит из двух отдельных частей. Во-первых, воздушно-топливная смесь воспламеняется, практически мгновенно преобразовывая химическую потенциальную энергию в тепловую, что приводит к значительному увеличению давления. Затем поршень опускается, и газ работает, оказывая силу на расстоянии в почти адиабатическом процессе. (d) Такт выпуска выпускает горячий газ, чтобы подготовить двигатель к следующему циклу, начиная снова с такта впуска.

Рисунок 15.18 Диаграмма PVPV для упрощенного цикла Отто, аналогичного используемому в двигателе внутреннего сгорания. Точка А соответствует началу такта сжатия двигателя внутреннего сгорания. Пути AB и CD являются адиабатическими и соответствуют такту сжатия и рабочему такту двигателя внутреннего сгорания соответственно. Траектории BC и DA являются изохорными и приводят к тем же результатам, что и части зажигания и выхлопа-впуска, соответственно, цикла двигателя внутреннего сгорания. Работа совершается газом по пути AB, но больше работы совершается газом по пути CD, так что получается чистая работа.

Рисунок 15.19 Этот цикл Отто производит больший объем работы, чем цикл на рис. 15.18, потому что начальная температура пути CD выше, а начальная температура пути AB ниже. Площадь внутри петли больше, что соответствует большему выходу чистой работы.

17. ТЕПЛО И ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

17.1. Нагрев

            Два тела, находящиеся в тепловом контакте, будут изменять свою температуру до тех пор, пока не находятся при одной температуре. В процессе достижения термальный равновесие , теплота  передается от одного тела к другому.

            Предположим, мы имеем интересующую нас систему при температуре TS, окруженную средой с температурой TE. Если TS > TE, тепло поступает от системы к окружающей среде. Если TS < TE, тепло из окружающей среды поступает в систему. Нагревать, представленный символом Q и единицей Джоуля, выбирается положительным, когда тепло поступает в систему, и отрицательное, если тепло уходит из системы (см. рис. 17.1). Тепловой поток возникает из-за разницы температур между двумя телами, и поток тепла равен нулю, если TS = TE.

Рисунок 17.1. Тепловой поток.

            Тепло не единственный способ передачи энергии между системами и его окружение. Энергия также может передаваться между системами и его окружение с помощью work  (W). Единицей работы является Джоуль.

            Другое общеупотребительной единицей является калория. Калория определяется как количество тепла это повысит температуру 1 г воды с 14,5 C до 15,5 C. Джоуль и калория связаны следующим образом: 1 кал = 4,1860 Дж

17.2. Теплоемкость

            Когда к объекту добавляется тепло, его температура увеличивается. Изменение в температуре пропорциональна количеству подведенного тепла

постоянная C называется теплоемкостью  объекта. Теплоемкость объекта зависит от его массы и типа материала, из которого он сделан. теплоемкость тела пропорциональна его массе, а тепло емкость на единицу массы , c, обычно используется. В этом случае

где m – масса объекта. Молярная теплоемкость 90 177 – это теплоемкость на моль материала. Для для большинства материалов молярная теплоемкость составляет 25 Дж/моль К.

            В Для определения теплоемкости вещества нужно не только знать, сколько тепла добавляется, но и условия, при которых тепло передача состоялась. Для газов добавление тепла при постоянном давлении и при постоянной температуре приведут к очень разным значениям удельная теплоемкость.

17.3. Тепло трансформации

            Когда к твердому телу или жидкости добавляется тепло, температура образца не не обязательно подниматься. При фазовом переходе (плавлении, кипении) тепло добавляют к образцу без повышения температуры. Количество теплоты, передаваемой на единицу массы при фазовом переходе, называется теплотой преобразования  (символ L) для процесса. Количество необходимого/выделенного тепла равно

где m – масса образца.

            Проблема 28P

            Что массу пара 100°С необходимо смешать со 150 г льда при 0°С, в термически изолированный контейнер для производства жидкой воды при температуре 50°С?

            Мы начнем с расчета количества тепла, необходимого для превращения 150 г льда при температуре 0°С в 150 г. жидкости при 0С. Теплота превращения воды 333 кДж/кг (см. Таблицу 20-2, стр. 555). Превращение льда в следовательно, воде требуется общее количество теплоты, равное

дается теплота, необходимая для изменения температуры 150 г воды с 0°С до 50°С. по

Таким образом, общее количество тепла, которое необходимо добавить в систему, равно 81,5. кДж. Это тепло должно быть обеспечено паром. Тепло будет выпущено когда пар превращается в жидкость, Теплота превращения для этого процесса составляет 2260 кДж/кг. Предположим, что масса пара м. Суммарное тепло, выделяющееся при превращении пара в воду дается

теплота, выделяющаяся при охлаждении пара со 100°С до 50°С, равна

общее количество теплоты, выделяющееся при охлаждении пара, таким образом, равно 2470 м кДж. Общее количество требуемой теплоты составляет 81,5 кДж, поэтому мы заключаем что масса пара должна быть равна 33 г.

17.4. Работа

            Предположим, система выходит из начального состояния, описываемого давлением pi, объемом Vi и температурой Ти. Окончательное состояние системы описывается давлением pf, объемом Vf и температурой Tf. Переход из начального состояния в конечное может быть достигнуто различными способами (см., например, рис. 17.2). В Рисунок 17.2a одновременно изменяются и давление, и объем. На рисунке 17.2б сначала понижают давление в системе при сохранении объема постоянным (это может быть достигнуто, например, путем охлаждения образца), а затем объем увеличивается при сохранении постоянного давления (это может быть достигается нагреванием газа при увеличении объема).

            Если давление газа увеличивается, он может привести в движение поршень (это происходит в двигатель). В этом случае работа выполняется системой по мере расширения газлифта. поршень. С другой стороны, если мы увеличим вес поршня, при падении поршня над системой будет совершаться работа. Приложенная сила газом на поршне, равно p A, где A — площадь поршень, p – давление газа. Если поршень смещается на расстояние ds количество проделанной работы можно рассчитать следующим образом:

Рисунок 17.2. Два возможных способа добраться из начального состояния в конечное состояние.

общая работа, совершаемая при конечном перемещении поршня, теперь легко для расчета

Если W положительна, система совершила работу (например, расширяющаяся газ поднимает поршень). Отрицательное значение W говорит о том, что работа было сделано на системе (поршень прижимается, чтобы сжать газ).

            количество проделанной работы равно площади под кривой на диаграммах pV. показано на рисунке 17.2. Ясно, что объем выполненной работы зависит от выбранный путь. Работа W для пути, показанного на рис. 17.2а, равна значительно больше, чем работа W для пути, показанного на рис. 17.2b. Любой изменение в системе, в котором объем не меняется, не будет производить/стоить любая работа. Работа, проделанная для путей, показанных на рис. 17.2, может быть вычисляется легко

Нет работа совершается для пути, показанного на рис. 17.2b, между точками (pi, Vi) и (pf, Vi), поскольку объем не изменяется. Работа для перехода от (pf, Vi) к (pf, Vf) вычисляется легко

Ясно, что W2b всегда меньше, чем W2a, и мы можем сделать объем выполняемой работы как меньшим, так и большим, как мы хотим. Для Например, никакой работы не будет, если переход следует по следующему пути:

(pi, Vi)   (0, Vi)  (0, Vf)   (pf, Vi)

А система может быть переведена из заданного начального состояния в заданное конечное состояние с помощью бесконечное количество процессов. В целом работа W а также теплота Q будет иметь разные значения для каждого из этих процессов. Мы говорят, что теплота и работа являются величинами, зависящими от пути.

            От предыдущее обсуждение ни Q, ни W не представляют изменения в каком-то внутреннем свойства системы. Однако экспериментально наблюдается что величина Q — W одинакова для всех процессов. Это зависит только на начальном и конечном состояниях и не важно на каком пути следует, чтобы перейти от одного к другому. Величина Q – W называется изменение в внутренняя энергия U системы:

U = Uf – Ui = Q – W

Это уравнение называется первым законом термодинамики . Для малых изменений первый закон термодинамики можно переписать как

dU  =  dQ – дВ

17.4.1. Адиабатические процессы

            Если система хорошо изолирована, между ней и его окружение. Это означает, что Q = 0, и первый закон термодинамики показывает, что

У  =  – Вт

Если система совершает работу (положительное W), ее внутренняя энергия уменьшается. Наоборот, если над системой будет совершена работа (отрицательная W), то ее внутренняя энергия увеличится. Для газы, внутренняя энергия связана с температурой: более высокая внутренняя энергия означает более высокую температуру. Адиабатическое расширение  газа понизит его температуру; адиабатический сжатие  газа повысит его температуру .

17.4.2. Процессы постоянного объема

            Если объем системы поддерживается постоянным, система не может совершать работу (W = 0 Дж). Тогда первый закон термодинамики показывает, что

U  =  Q

Если к системе добавляется тепло, ее внутренняя энергия увеличивается; если тепло удаляется из системы, его внутренняя энергия уменьшится .

17.4.3. циклические процессы;

            Процессы которые после определенного обмена теплотой и работой возвращаются к своим начальное состояние называются циклическими процессами. В этом случае нет внутреннего свойства системы меняются, поэтому U = 0. Первый закон термодинамики теперь сразу дает

Q = W

17.4.4. Бесплатное расширение

            Бесплатно расширение — это адиабатический процесс, при котором работа не совершается над система. Это означает, что Q = W = 0 Дж и теперь первый закон термодинамики требует, чтобы

U  = 0 J

17.5. Передача тепла

            передача тепла между системой и окружающей средой может происходить различными способами. Три разных механизма теплопередачи Теперь обсудим: проводимость, конвекцию и излучение.

17.5.1. Conduction

            Рассмотрим пластину материала, показанную на рис. 17.3. левый конец балки поддерживается при температуре TH; правый конец балки поддерживается при температуре ТС. В результате разницы температур тепло будет течь через плиту, от ее горячего конца к ее холодному концу. Экспериментально показано, что скорость теплопередачи (Q/t) пропорциональна площадь поперечного сечения плиты, пропорциональная перепаду температур, и обратно пропорциональна длине плиты

Здесь, k — коэффициент теплопроводности , который является константой, зависящей от типа материала. Большой значения k определяют хорошие теплопроводники. Тепловое сопротивление R связано с теплопроводностью k следующим образом. способом

Рисунок 17.3. Проводка.

Таким образом, чем ниже теплопроводность материала, тем выше термическая сопротивления R. Из определения R сразу следует, что

Учитывать композитная плита состоит из двух разных материалов, длина L1 и L2, а с теплопроводностью k1 и k2 помещают между двумя нагревательными банями (см. рис. 17.4). Предполагать что температура поверхности раздела двух пластин равна Тх. Количество тепла, перетекающего из ТН в Тх, определяется выражением

. количество тепла, перетекающего от Tx к ТС дается

Из Конечно, тепло, проходящее через плиту 1, должно быть равно теплу, проходящему через плита 2. Итак,

Рисунок 17.4. Перенос тепла через композитную плиту.

Это Уравнение можно использовать для получения температуры на границе раздела плита 1 и плита 2:

тепло, протекающее через плиту, теперь можно легко рассчитать

А Таким образом, композитная плита имеет термическое сопротивление, равное сумме термическое сопротивление каждой отдельной плиты.

17.5.2. Конвекция

            Тепло перенос конвекцией происходит, когда жидкость, такая как воздух или вода, при соприкосновении с предметом, температура которого выше температуры его окружения. Температура жидкости повышается и (в большинстве случаев) жидкость расширяется. Будучи менее плотным, чем окружающие более холодная жидкость, она поднимается из-за выталкивающих сил. Окружающая более холодная жидкость падает, чтобы занять место поднимающейся более теплой жидкости и конвективного тираж настроен.

17.5.3. Радиация

            Каждый объект излучает электромагнитное излучение. Энергетический спектр испускаемого излучения зависит от температуры объекта; средняя энергия увеличивается с повышением температуры.

            Проблема 57P

            А контейнер с водой находился на открытом воздухе в холодную погоду до толщины 5,0 см. на его поверхности образовалась ледяная глыба. Воздух над льдом находится на -10С. Рассчитайте скорость образования льда (в сантиметров в час) на нижней поверхности ледяной плиты. Брать теплопроводность льда 0,0040 кал/с. см . С а плотность 0,92 г/см3.

            вода на границе между водой и льдом будет иметь температуру 0С. теплота, переносимая через 5 см льда, равна

Это тепло выделяется при превращении воды в лед. Тепло превращения этого процесса составляет 79,5 кал/г. Предположим, что масса m из вода каждую секунду превращается в лед. Это дает общее теплота равна

H = 79.5 м кал/с

Это должен быть равен тепловому потоку через лед:

79,5 м  =  0,0080 А

А Масса m льда (покрывающего площадь A) будет иметь толщину d, где d равно

Объединение последние два выражения получаем для скорости образования льда:

Комментарии, вопросы и/или предложения по электронной почте wolfs@pas.