Тепловые двигатели Основные представления молекулярно-кинетической теории вещества. Примеры решения задач Релятивисткая механика Изотермический процесс Круговой процесс Закон Стефана-Больцмана

Молекулярно-кинетическая теория газов

Французский физик и инженер Б. Клапейрон (1799-1864) вывел уравнение состояния идеального газа, объединив законы Бойля - Мариотта и Гей-Люссака. Пусть некоторая масса газа занимает объем V1, имеет давление р1 и находится при температуре Т1. Эта же масса газа в другом произвольном состоянии характеризуется параметрами р2, V2, Т2 (рис.63). Переход из состояния 1 в состояние 2 осуществляется в виде двух процессов: 1) изотермического (изотерма 1-1'), 2) изохорного (изохора 1'-2).

Закон Стефана-Больцмана

Закон Стефана-Больцмана устанавливает зависимость излучения от температуры. Согласно этому закону количество тепла Q, излучаемого в единицу времени, пропорционально поверхности излучающего тела F и четвертой степени его абсолютной температуры Т. Для технических расчетов этот закон можно записать в следующем виде:

,

где С – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом лучеиспускания.

 Если Q выражено в вт, а F в м2, то размерность коэффициента лучеиспускания

.

Наибольшее значение коэффициент лучеиспускания имеет для абсолютно черного тела: Волны в упругой среде. Акустика. Основы физики

Cs = 5,68 вт/м2∙°К4.

Для других тел коэффициент лучеиспускания можно выразить через коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела:

С = εСs = 5,68ε вт/м2∙°К4,

где величина ε, называемая степенью черноты тела, представляет собой отношение коэффициента лучеиспускания данного тела по отношению к коэффициенту лучеиспускания абсолютно черного тела.

Закон Кирхгофа

Закон Кирхгофа устанавливает связь между лучеиспускательной и поглощательной способностью тела. Согласно этому закону, поглощательная способность и степень черноты равны между собой:

ε = А,

где А – отношение поглощаемой телом лучистой энергии к общему ее количеству, падающему на тело.

Из закона Кирхгофа следует, что лучеиспускательная способность тела тем выше, чем больше его поглощательная способность. Этим и объясняется наивысшая лучеиспускательная способность абсолютно черного тела, так как для него А = 1, а следовательно, и ε = 1.

Наоборот, тела, хорошо отражающие лучистую энергию, сами излучают мало, а для абсолютно белого и абсолютно прозрачного тел лучеиспускательная способность равна нулю.

Теплообмен лучеиспусканием между телами

Тела не только излучают, но также поглощают и отражают энергию, излучаемую окружающими телами.

Количество тепла, отданного телом с абсолютной температурой Т1 окружающим его более холодным телам с абсолютной температурой Т2, составляет:

,

где ε – приведенная степень черноты системы, F – условная расчетная поверхность теплообмена.

Потери тепла в окружающую среду Отдача тепла от поверхности аппарата в окружающую среду происходит путем конвекции и лучеиспускания; поэтому при расчете потерь тепла в окружающую среду следует пользоваться уравнением совместной отдачи тепла конвекцией и лучеиспусканием.

Принципиальная схема прямоточного котла показана на рис Питательная вода подается в конвективный экономайзер 6, где она подогревается за счет тепла газов, и поступает в экранные трубы 2, выполненные в виде параллельно включенных змеевиков, расположенных на стенах топочной камеры.

Основы водоподготовки. Одной из основных задач безопасной эксплуатации котельных установок является организация рационального водного режима, при котором не образуется накипь на стенках испарительных поверхностей нагрева, отсутствует их коррозия и обеспечивается высокое качество вырабатываемого пара.

Конструкции отечественных котлов. Барабанные котлы с естественной циркуляцией.

Закон Бойля - Мариотта: для данной массы газа при постоянной температуре произведение давления газа на его объем есть величина постоянная: pV = const (41.1) при Т=const, m=const. Кривая, изображающая зависимость между величинами р и V, характеризующими свойства вещества при постоянной температуре, называется изотермой. Изотермы представляют собой гиперболы, расположенные на графике тем выше, чем выше температура, при которой происходит процесс (рис. 60). Закон Гей-Люссака: 1) объем данной массы газа при постоянном давлении изменяется линейно с температурой: V=V0(1+ t) (41.2) при p = const, m = const; 2) давление данной массы газа при постоянном объеме изменяется линейно с температурой: p = p0(1+ t) (41.3) при V=const, m=const.
Тепловой баланс