ТЕПЛОФИЗИКА И ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ
ТЕПЛОТЕХНИКИ
86
В закрытую систему рабочее тело извне не поступает и не уходит из нее.
За границы системы передаются теплота и механическая работа.
Закономерности закрытой системы обычно используются для анализа
термодинамических
процессов.
Закономерности
открытой
системы
необходимы для изучения работы тепловых двигателей, холодильных
установок и других агрегатов, изучение которых не входит в задачу настоящей
книги.
Уравнение первого закона для 1 кг идеального газа в условиях закрытой
системы имеет следующий вид:
q
= (
U
2
–
U
1
) +
l
,
(5.19)
где
q
– количество теплоты, подведенное или ушедшее из системы Дж/кг;
U
2
–
U
1
– изменение внутренней энергии рабочего тела;
l
– работа расширения.
В технической термодинамике, в первую очередь, исследуются обратимые
процессы, которые без потерь могут быть осуществлены как в прямом, так и в
обратном направлении. Обратимые процессы реализуются на практике с
определенной степенью приближения и служат эталоном совершенства
реальной системы.
На рис. 5.1 показан процесс расширения идеального газа
1
–
2
(или сжатия
2
–
1
) в виде зависимости
Р
=
f
(
V'
). Здесь мы впервые
сталкиваемся с использованием для анализа термодинамических процессов
РV
-координат,
широко
используемой
в
дальнейшем.
Замкнутая
площадь
1
-
2
-
3
-
4
-
1
эквивалентна работе, что следует из размерности
произведения [H
⋅
м
3
/м
2
⋅
кг] = [Дж/кг]= [
l
].
Как следует из рис. 5.1, работа расширения
l
определяется следующим
образом:
'
PdV dl
=
или
∫
=
2
1
'
V
V
PdV l
.
(5.20)
Рис. 5.1. Определение работы в
РV
–координатах
Уравнение (5.19) в дифференциальной форме приобретает следующий вид:
dq
=
dU
+
PdV'
.
(5.21)
При постоянном объеме (
V
= сonst) работа расширения
l
= 0
