Энергия — понятия
Содержание главы 2 Элементы классической и прикладной термодинамики
для анализа холодильных машин и тепловых насосов
2.1. Основные понятия блока «энергия»
2.1.1. Первый закон термодинамики Формулировки:
• энергия изолированной системы, при прохождении любых процессов в этой системе, никуда не исчезает и ниоткуда не появляется;
• внутренняя энергия системы является однозначной функцией ее состояния и изменяется только под влиянием внешних воздействий.
Полная энергия термодинамической системы разделяется на внешнюю и внутреннюю. Та часть полной энергии, которая состоит из энергии движения системы как чего-то целого и потенциальной энергии системы в поле внешних сил есть внешняя энергия системы. Остальная часть полной энергии системы представляет внутреннюю энергию.
При взаимодействии термодинамической системы с окружающей средой (или телами, не принадлежащими рассматриваемой системе) происходит обмен энергией. При этом возможны два способа передачи Энергии от системы к внешним телам:
• с изменением внешних параметров системы (совершение или потребление работы W);
• без изменения внешних параметров системы (выделение или потребление тепла Q).
Тепло связано с хаотичным движением атомов и молекул, из которых состоят тела. Тепло представляет собой микрофизическую неупорядоченную форму передачи энергии от микрочастиц одного тела к микрочастицам другого тела.
Работа представляет макрофизическую упорядоченную форму передачи энергии путем взаимного воздействия тел друг на друга.
Две формы передачи энергии не являются равноценными. Затрачиваемая работа DW может непосредственно способствовать увеличению любого вида энергии, а затрачиваемое тепло Q - только увеличению внутренней энергии системы. Энергия, переданная в виде тепла, не является такой же универсальной как энергия, переданная в виде работы. Ни работа, ни тепло не являются видами энергии, а представляют собой два способа передачи энергии. Третий способ передачи энергии - это обмен веществом (массообмен).
В общем случае, при подводе к системе тепла Q извне и совершении над системой работы W, суммарная энергия будет равна изменению внутренней энергии системы Q + W=DU
или Q=DU-W.
Величину Q можно физически интерпретировать как количество внутренней энергии, получаемое системой в форме, отличающейся от работы. Для циклического процесса DU-0, поэтому ур. принимает вид Q = W, т.е. работа, совершенная системой, равна теплу, поглощенному системой в циклическом процессе. Следовательно, для циклов справедливо равенство:
Механическая работа и тепло - две формы внутренней энергии в процессе ее передачи, следовательно, при расчете внутренней энергии они должны учитываться совместно. По Первому закону термодинамики изменение внутренней энергии dU при элементарном переходе системы из одного состояния в другое представляет собой полный дифференциал dU = bQ-bW
Полным дифференциалом является и алгебраическая сумма
(bQ+bW), в то время как каждое слагаемое этой суммы bQ и bW
Мощность - это работа, произведенная в единицу времени, N=dW/dt где dW - работа (произведенная или потребленная); dt - изменение времени.
Эффективный КПД элемента или машины в целом - это отношение теоретических затрат для получения полезного эффекта к действительным затратам, необходимым для производства этого эффекта, n=теоретические затраты/действительные затраты
Понятие «затраты» может подразумевать любые единицы изменения (энергетические, экономический и т.д.). Из практики известно, что главная задача инженера заключается в разработке технических систем с максимально возможным значением т, а не систем, имеющих максимально возможную мощность, так как значению Nmax всегда соответствует определенное значение n, которое в реальных системах не превышает 50%.
