Законы термодинамики в холодильной технике

1. Первый закон термодинамики является частным случаем закона сохранения энергии, согласно которому, энергия не исчезает и не возникает вновь, а только переходит из одного вида в другой. Он формулируется так: вся теплота, подведенная к веществу, расходуется на изменение его внутренней энергии и на совершение веществом внешней работы.

,

где , - соответственно внутренняя энергия в начале и конце процесса, Дж, - работа, совершенная веществом в процессе, Дж.

Удельная теплота процесса:

.

При изобарных процессах, когда p=const:

,

где - абсолютное давление, Па, , - соответственно удельные объемы вещества в начале и конце процесса, м³/кг.

.

При анализе и расчетах термодинамических процессов, используют функцию состояния вещества называемую энтальпией:

.

Энтальпия – это полная энергия рабочего вещества в открытой системе, которая получена веществом и расходуется на изменение внутренней энергии вещества и на совершение им работы.

Удельная энтальпия:

,

где - удельная внутренняя энергия, Дж/кг, - удельный объем, м³/кг.

Для адиабатического процесса, первый закон термодинамики запишется в виде:

,

для изобарного процесса (например, кипение или конденсация):

2. Второй закон термодинамики – устанавливает, что теплота не может самопроизвольно переходить от системы с меньшей температурой к системе с большей температурой. Это можно выполнить, затратив механическую работу или эквивалентное количество другой энергии.

Направление процесса теплообмена системы с окружающей средой, а также любых самопроизвольных процессов в изолированной системе, характеризуется параметром состояния – энтропией. Она определяется дифференциалом энтропии () как отношение бесконечно малого количества сообщенной теплоты, к абсолютной температуре , при которой происходит термодинамический процесс.

Термодинамические процессы могут быть обратимыми, необратимыми и круговыми.

Круговой процесс или цикл – процесс, при котором система из некоторого начального состояния, после ряда изменений, возвращается в то же состояние.

Обратимый процесс допускает возможность возвращения системы в первоначальное состояние, без каких либо изменений в окружающей среде.

Условия превращения теплоты в работу и направленность тепловых процессов, соответствующих второму закону термодинамики, выражаются соотношениями:

для обратимого процесса:

;

для необратимого процесса:

.

Общий вид уравнения для обратимого процесса следующий:

.

Согласно второму закону термодинамики, можно сказать, что для адиабатических изолированных систем, суммарное изменение энтропии , для неизолированных систем . Знак равенства относится к обратимым процессам, неравенство – к необратимым. В обратимых процессах и имеют одинаковый знак, таким образом, по изменению энтропии можно судить о направлении процесса теплопереноса. Если энтропия растет, то происходит подвод теплоты, если уменьшается, то теплота отводится. Если энтропия не меняется, то процесс адиабатический, т.е. без теплообмена с окружающей средой.

Объединенное уравнение первого и второго законов термодинамики можно записать:

.