Алгоритм обучающей программы по термодинамике идеальных газов, программа "Tep11" на языке программирования QBasic

END SELECT

LOCATE 16, 25: PRINT SPC(10);

LOCATE 17, 25: PRINT SPC(10);

'Ввод для сероводорода'

LOCATE 15, 6: PRINT "Для сероводорода, ": LOCATE 16, 10 PRINT "mмCv:"

LOCATE 16, 25: INPUT K5

SELECT CASE K5

CASE 1

Sum = Sum + 1

END SELECT

LOCATE 17, 10: PRINT "mмCp:": LOCATE 17, 25: INPUT K6

SELECT CASE K6

CASE 4

Sum = Sum + 1

END SELECT

IF Sum = 6 THEN EXIT DO

LOCATE 18, 6: COLOR 12, 9: PRINT "Неправильно!"

FOR f = 1 TO 50000

NEXT f

LOCATE 18, 6: PRINT SPC(20);: LOCATE 15, 6: PRINT SPC(20);

LOCATE 16, 25: PRINT SPC(10);: LOCATE 17, 25: PRINT SPC(10);

LOOP

IF J = 3 THEN

LOCATE 16, 10: PRINT SPC(10);: LOCATE 17, 10: PRINT SPC(10);

CALL Never

GOTO Rasd2

END IF

LOCATE 21, 20: PRINT "Вы правильно выбрали значения теплоемкостей"

CALL Keyb

CALL Rmk

CALL Text1

COLOR 10, 9: LOCATE 10, 4

PRINT "ВЫ СВОИЛИ МАТЕРИАЛ 2 РАЗДЕЛА. УСПЕХА ВАМ ПРИ ИЗУЧЕНИИ МАТЕРИАЛА 3 РАЗДЕЛА"

LOCATE 12, 26: COLOR 14, 9: PRINT "'ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМАДИНАМИКИ.'"

LOCATE 14, 30: COLOR 10, 9: PRINT "НАЖМИТЕ КЛАВИШУ - ESC."

DO

SELECT CASE INKEY$

CASE CHR$(27)

EXIT DO

END SELECT

LOOP

SYSTEM

SUB Keyb: 'Подпрограмма опроса клавиатуры'

LOCATE 23, 26: PRINT "Продолжить -": COLOR 10, 9: LOCATE 23, 39 PRINT "ENTER"

LOCATE 23, 45: COLOR 15, 9: PRINT ", Выход -": LOCATE 23, 55 COLOR 10, 9

PRINT "ESC"

'Ожидание и проверка нажатия клавиш ENTER, ESC'

DO

SELECT CASE INKEY$

CASE CHR$(13)

EXIT DO

CASE CHR$(27)

SYSTEM

END SELECT

LOOP

CALL Rmk

END SUB

SUB Never: 'Подпрограмма возврата назад при неосвоенном материале'

LOCATE 21, 15: COLOR 12, 9

PRINT "Вы не освоили данный раздел, изучите его внимательно."

LOCATE 23, 30: COLOR 10, 9: PRINT "НАЖМИТЕ ЛЮБУЮ КЛАВИШУ..."

'Ожидание нажатия любой клавиши'

WHILE INKEY$ = ""

WEND

END SUB

SUB Rmk: 'Подпрограмма рисования рамки'

CLS: LINE (1, 1)-(639, 349), 15, B

LINE (1, 38)-(638, 38), 15

END SUB

SUB Tabl: 'Подпрограмма вывода таблици теплоемкостей газов'

LOCATE 5, 14: COLOR 15, 9: PRINT "Газ": LOCATE 5, 37: PRINT "mмCv"

LOCATE 5, 52: PRINT "mмCp": LOCATE 5, 68: PRINT "K"

LOCATE 8, 10: PRINT "Одноатомный": LOCATE 10, 10 PRINT "Двухатомный"

LOCATE 12, 10: PRINT "Трех и болееатомный"

LOCATE 6, 33: PRINT "Дж/(моль"; CHR$(250); "K)"

LOCATE 6, 49: PRINT "Дж/(моль"; CHR$(250); "K)"

LOCATE 8, 37: PRINT "12.6": LOCATE 8, 52: PRINT "20.9": LOCATE 8, 67 PRINT "1.67"

LOCATE 10, 37: PRINT "20.9": LOCATE 10, 52: PRINT "29.2" LOCATE 10, 67: PRINT "1.4"

LOCATE 12, 37: PRINT "29.2": LOCATE 12, 52: PRINT "37.5" LOCATE 12, 67: PRINT "1.29"

LINE (50, 50)-(580, 180), 12, B: LINE (240, 50)-(240, 180), 12

LINE (360, 50)-(360, 180), 12: LINE (490, 50)-(490, 180), 12

LINE (50, 90)-(580, 90), 12: LINE (50, 120)-(580, 120), 12

LINE (50, 150)-(580, 150), 12

END SUB

SUB Text1: 'Подпрограмма названия подраздела'

LOCATE 2, 25: COLOR 14, 9: PRINT "ТЕПЛОЕМКОСТЬ ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ"

END SUB

SUB Zadn2: 'Подпрограмма названия подраздела'

LOCATE 2, 27: COLOR 14, 9

PRINT "ЗАДАНИЕ ДЛЯ ВТОРОГО РАЗДЕЛА"

END SUB

[18-25]

ГЛАВА 3. ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

3.1 Внутренняя энергия

Термодинамическая система в каждом состоянии обладает энергией Е, включающей внешнюю энергию Евнеш, состоящую из энергии движения системы как целого и потенциальной энергии системы в поле внешних сил, и внутреннюю энергию U.

Если движение системы как целого отсутствует и изменение ее потенциальной энергии равно нулю, то полная энергия системы будет равняться ее внутренней энергии. Внутренняя энергия состоит из энергии разных видов движения и взаимодействия входящих в систему частиц, а именно: кинетической энергии Uкин поступательного и вращательного движения молекул и колебательного движения атомов и потенциальной энергии Uпот сил взаимодействия между молекулами.

Кинетическая энергия движения молекул - однозначная функция температуры Т [например, для поступательного движения молекул эти зависимости определяются уравнением (1.2)]. Потенциальная энергия сил взаимодействия зависит от среднего расстояния между молекулами, т.е. от объема V газа. Поскольку Т и V являются параметрами состояния, то внутренняя энергия также есть функция состояния рабочего тела. Для любых двух параметров, определяющих это состояние, можно написать:

U = f1 (p, V); U = f2 (p, T); U = f3 (V, T) (3.1)

Внутренняя энергия единицы массы вещества u = U / m называется удельной внутренней энергией (Дж/кг). [1-3]

В технике важно не абсолютное значение внутренней энергии, а ее изменение в термодинамических процессах. Поскольку внутренняя энергия-параметр состояния, то ее изменение не зависит от промежуточных состояний рабочего тела (от пути процесса), а определяется начальным и конечным состояниями системы. Для состояний

1 и 2 можно записать

u = du = u2 - u1. (3.2)

Если начальное и конечное состояния совпадают, то для кругового процесса

du = 0 (3.3)

Дифференцируя последнюю из функциональных зависимостей (3.1) получаем

du = (u / T)vdT + (u T)TdV (3.4)

Внутренняя энергия реального газа зависит от температуры и объема тела. Для идеального газа, в котором отсутствует энергия сил взаимодействия, зависящая от объема газа, внутренняя энергия определяется только значением температуры рабочего тела. Так как в данном случае (u / V)T = 0, то из уравнения (3.4) следует, что

(u / T)v = u /T (3.5)

т.е. производная от внутренней энергии идеального газа по температуре полный дифференциал. Являясь экстенсивным параметром состояния, внутренняя энергия обладает свойством аддитивности, в соответствии с которым внутренняя энергия системы равна сумме внутренних энергий ее независимых частей:

u = ui (3.6)

где ui - внутренняя энергия отдельных частей системы.

Внутреннюю энергию при t = 0°С принимают равной нулю. [5]

Работа расширения - сжатия.

При взаимодействии термодинамической системы с окружающей средой происходит передача энергии от системы к внешним телам. Одним из способов энергообмена между системами является работа. Найдем математическое выражение работы.

Пусть при бесконечно малом равновесном изменении состояния рабочего тела массой т (в данном случае при бесконечно малом расширении газа) его объем увеличится на dV (рис. 3.1). При этом каждая точка поверхности, ограничивающей тело площадью А, переместится на бесконечно малое расстояние dS. [1]

а) б)

Рис. 3.1 - Графическое изображение: а - для определения работы при расширении рабочего тела; б - работы расширения в pv - координатах

Элементарная работа будет равна L = pвнAdS. Поскольку процесс расширения равновесный, то рвн = p. Учтем, что АdS равно элементарному изменению объема dV. В результате получим

L = pdV (3.7)

где - знак неполного дифференциала.

Разделив левую и правую части уравнения (2.7) на m, получим выражение для элементарной удельной работы

L = pdv (3.7')

Поскольку р - величина положительная, то знак 1 зависит от знака dV:

если dV>0, то l>0, т.е. при расширении работа положительная: если dV<.0, то l<0, т.е. при сжатии работа отрицательная - на сжатие затрачивается работа извне.

Конечная работа l, т.е. удельная работа, совершаемая системой, содержащей 1 кг газа, равна

l = pdv (3.8)

В общем случае давление p - величина переменная, и поэтому для интегрирования (3.8) должен быть известен закон изменения давления р = р(v).

В рv - координатах равновесный процесс расширения изображен кривой 1 - 2 (рис. 2.2). При бесконечно малом изменении состояния рабочего тела от A до В объем его изменяется на величину dv. На участке А - В давление можно считать постоянным. В данном случае заштрихованная элементарная площадка будет равна рdv, т.е. элементарной работе на участке А - В, а вся площадь под кривой 1--2--сумме этих элементарных площадок. Работа расширения равна (с учетом масштаба изображения процесса) площади, в рv - координатах ограниченной кривой процесса, крайними ординатами и осью абсцисс. То же самое справедливо и для работы сжатия. На практике при испытании поршневого двигателя это положение используют для определения мощности двигателя. [3-7]

Так как рdv зависит от пути интегрирования, то работа определяется характером протекания термодинамического процесса, - т.е. в отличие от давления, температуры и других параметров состояния она - не функция состояния системы. Таким образом, элементарная работа l не является полным дифференциалом. По этой причине ее обозначают l, а не d1.

3.2 Работа и теплота

Выше отмечалось, что при взаимодействии термодинамической системы с окружающей средой происходит обмен энергией, причем один из способов ее передачи - работа, а другой - теплота.

Хотя работа L и количество теплоты Q имеют размерность энергии, они не являются видами энергии. В отличие от энергии, которая является параметром состояния системы, работа и теплота зависят от пути перехода системы от одного состояния в другое. Они представляют две формы передачи энергии от одной системы (или тела) к другой.

В первом случае имеет место макрофизическая форма обмена энергией, которая обусловлена механическим воздействием одной системы на другую, сопровождаемым видимым перемещением другого тела (например, поршня в цилиндре двигателя).

Во втором случае осуществлена микрофизическая (т.е. на молекулярном уровне) форма передачи энергии. Мера количества переданной энергии - количество теплоты. Таким образом, работа и теплота - энергетические характеристики процессов механического и теплового взаимодействия системы с окружающей средой. Эти два способа передачи энергии эквивалентны, что вытекает из закона сохранения энергии, но неравноценны. Работа может непосредственно преобразовываться в теплоту - одно тело передает при тепловом контакте энергию другому. Количество же теплоты Q непосредственно расходуется только на изменение внутренней энергии системы. При превращении теплоты в работу от одного тела - источника теплоты (ИТ) теплота передается другому - рабочему телу (РТ), а от него энергия в виде работы передается третьему телу - объекту работы (ОР).

Следует подчеркнуть, что если мы записываем уравнение термодинамики, что входящие в уравнения L и Q означают энергию, полученную соответственно макро- или микрофизическим способом. [4]

3.3 Аналитическое выражение первого закона термодинамики для закрытых систем

Первый закон термодинамики - частный случай закона сохранения и превращения энергии, а именно приложение фундаментального закона к термодинамическим системам, В соответствии с этим законом полная энергия изолированной термодинамической системы при любых происходящих в системе процессах, остается постоянной, т.е. Ei = соnst, где Ei - различные виды энергии.

Закон сохранения и превращения энергии - это выражение материалистического положения о несотворимости и неуничтожимости движения.

Пусть к термодинамической системе массой m, занимающей объем V при давлении р и температуре Т, подводится от внешнего источника (из внешней среды) бесконечно малое количество теплоты Q (см. рис. 3.1). Вследствие подвода теплоты температура системы увеличивается на dТ. Повышение температуры приводит к увеличению кинетической энергии теплового движения микрочастиц на величину dЕk.

В соответствии с уравнением состояния повышение температуры при постоянном давлении внешней среды приводит к увеличению объема системы на dV. Увеличение расстояния между молекулами ведет к возрастанию потенциальной энергии частиц на dЕп. Изменение кинетической dЕк и потенциальной dЕп энергии системы означает изменение ее внутренней энергии dU.

При подводе к термодинамической системе количества теплоты dQ и вследствие изменения её объема на величину dV совершается работа расширения против сил внешнего давления. Так как в рассматриваемой системе нет других изменений, то в соответствии с законом сохранения энергии имеем

Q = dU+L (3.9)

Таким образом, для изолированной термодинамической системы сообщаемая ей теплота идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение внешней работы.[10]

Из уравнения (3.9) следует, что внутренняя энергия системы, являясь однозначной функцией ее состояния, изменяется под влиянием внешних воздействий (сообщение некоторого количества теплоты Q и совершение работы L). Кроме того, работа может совершаться или за счет сообщения системе количества теплоты, или за счет изменения внутренней энергии (или за счет Q и dU

Выражение (3.9) - математическое уравнение первого закона термодинамики для изолированных систем.

Для системы, содержащей 1 кг рабочего тела,

q = du + l (3.10)

В интегральной форме это уравнение имеет вид

q = u + l (3.11)

3.5 Энтальпия

В термодинамических и теплотехнических расчетах часто используют сумму внутренней энергии системы U и произведения давления р на величину объема системы V, называемую энтальпией:

Н = U+рV. (3.14)

Для системы, содержащей 1 кг рабочего тела, удельная энтальпия h, Дж/кг, равна

h = u+pv. (3.15)

Величины, входящие в (3.15), - функции состояния, и поэтому энтальпия - тоже функция состояния. Из чего следует, что dH - полный дифференциал, т.е. изменение энтальпии в процессе не зависит от его характера, а определяется только начальным и конечным состояниями системы:

h = dh = h2 - h1 (3.16)

Если продифференцировать (3.15), будем иметь

dh = du+рdv+vdp = q+vdр. (3.17)

Уравнение (3.17) - это другая форма записи первого закона термодинамики.

Пусть процесс изменения состояния рабочего тела протекает при р=сonst. Тогда из уравнения (3.17) будем иметь

dh = qp (3.18)

где qp - количество теплоты при р = соnst.

Учитывая, что для данного процесса Сp = qp / dT, получим

dh = cpdT (3.19)

Это уравнение справедливо для любого процесса, так как изменение энтальпии однозначно определяется начальным и конечным состояниями системы.

При t=0°С значение энтальпии принимают равным нулю.

3.6 Энтропия

Выше отмечалось, что величина Q - неполный дифференциал. Из математики известно, что дифференциал какой-либо функции всегда можно превратить в полный, умножив его на интегрирующий множитель (делитель).

У дифференциальной формы 60 интегрирующий делитель - температура T, следовательно

Q /T = dS (3.20)

где Т - термодинамическая температура; S - энтропия.

Для системы, включающей 1 кг рабочего тела,

q / T = ds (3.20)

где s - удельная энтропия. Дж/(кг·К).

Запишем уравнение (2.21) с учетом уравнений (2.10) и (2.14);

ds = d / T = (cvdT+pdv) / T = cv(dT / T)+Rdv / v (2.22)

Нетрудно заметить, что уравнение (2.22) представляет собой полный дифференциал. Интегрируя это уравнение при условии Сv = const, получим

s2 - s1 = = cvln + Rln (2.23)

Из уравнения (2.23) следует, что изменение параметра s не зависит от процесса, а определяется исключительно начальными и конечными значениями параметров состояния Т и v.

Из уравнения (2.20) с учетом уравнения (2.18) получим

Q = cpdT - vdp

Откуда

ds = q / T = cp - = cp - R (2.24)

s2 - s1 = cpln- Rln (2.25)

Поскольку энтропия - это однозначная функция состояния, то

ds = q / dT для любого кругового равновесного процесса равен нулю.

Рис. 3.2 - Графическое изображение теплоты и теплоемкости процесса в Ts - координатах

Кроме того, если для данного рабочего тела известны энтропия и один из параметров состояния, то однозначно определится его термодинамическое состояние. [2-5]

Очевидно, что линия в координатах Тs, рs или sv будет изображать равновесный термодинамический процесс. Чрезвычайно удобной для термодинамических расчетов оказывается Ts - диаграмма.

На Ts - диаграмме (рис. 3.2) кривая А - В изображает термодинамический процесс. Так как T>0, то из ds = Q / Т следует, что если ds>0, то теплота к рабочему телу подводится, а при ds<0 отводится. Так, процесс, изображенный на (рис.3.2), протекает с возрастанием энтропии, т.е. теплота подводится к рабочему телу.

Так как q = Tds то, следовательно, заштрихованная площадка равна q, площадь 1 - 2 - б - а - 1 = Тdс = q = q - теплоте, подведенной в этом процессе.

Если провести касательную к линии процесса 1 - 2 в точке А, то отрезок МN на оси абсцисс дает значение массовой теплоемкости в данном состоянии рабочего тела. Это вытекает из подобия треугольников АВД и

МАN:

MN = T= = c.

Из уравнения (3.17) получим

dh = q - vdp (3.26)

Если объединить выражения (3.10) и (3.26) с учетом уравнений (3.7') и (3.20), будем иметь

Tds = du+pdv = dh - vdp (3.27)

Это уравнение называют термодинамическим тождеством. [1-11]

3.4 Постановка задачи для разработки алгоритма обучающей программы по первому закону термодинамики

Студенту предлагается изучение только теоретического материала, ознакомиться с определениями: первый закон термодинамики, его 2 положения.

Понятия работы, теплоты, теплоты подведенной к рабочему телу термодинамической системы, изменения внутренней энергии, с иллюстрацией примером совершения работы газом в цилиндре двигателя. Определения энтальпии, энтропии с выводом формул.

Возможность возврата к началу теоретической части, или выход из программы.

3.5 Алгоритм обучающей программы по первому закону термодинамики



Алгоритм подпрограммы “Rmk” вывода рисунка рамки

Алгоритм подпрограммы “Keyb” опроса клавиатуры

3.6 Обучающая программа “Tepl3”по первому закону термодинамики

DECLARE SUB Keyb ()

DECLARE SUB Rmk ()

Rasd3:

'Теоретическая часть'

SCREEN 9: COLOR 15, 9: CLS

CALL Rmk

CALL Text5

LOCATE 4, 4: COLOR 15, 9

PRINT "Первый закон термодинамики является частным случаем закона сохраненения и превращения энергии. Он состоит из двух положений:"

LOCATE 6, 4: PRINT "1) положение. Теплота Q превращается в работу L и работа превращается в теп-"

LOCATE 7, 2: PRINT "лоту в строго эквивалентном отношении."

LOCATE 8, 36: PRINT "Q <> L"

LOCATE 9, 4

PRINT "Речь идет не о теплоте, подведенной к термодинамической системе, а только о"

LOCATE 10, 2

PRINT "той ее части, которая именно превращается в работу. Часть не теплоты рассеивается в окружающем систему пространстве и об этом говорит второй закон термодинамики."

LOCATE 13, 4

PRINT"2) положение. Теплота, подведенная к рабочему телу термодинамической системы"

LOCATE 14, 2

PRINT "расходуется на изменение внутренней энергии системы и на совершение работы"

LOCATE 15, 2: PRINT "этой системой. В расчете на 1 кг рабочего тела второе положение выражается"

LOCATE 16, 2: PRINT "уравнением:"

LOCATE 17, 35: PRINT "q = "; CHR$(127); "u + l"

LOCATE 18, 2: PRINT "где q - теплота, подведенная к рабочему телу, Дж/кг;"

LOCATE 19, 6: PRINT CHR$(127); "u - изменение внутренней энергии, Дж/кг;"

LOCATE 20, 6: PRINT "l - работа, совершаемая 1 кг рабочего тела, Дж/кг."

LOCATE 21, 4: PRINT "Она может быть положительной и отрицательной."

CALL Keyb

CALL Rmk

CALL Text5

LOCATE 4, 4: COLOR 12, 9

PRINT "Изменение внутренней энергии": LOCATE 4, 32: COLOR 15, 9

PRINT " характеризуется изменением температуры рабочего тела и определяется уравнением:"

LOCATE 6, 25: PRINT CHR$(127); "u = u2 - u1 = Cv"; CHR$(250); "(T2 - T1)"

LOCATE 7, 2

PRINT "где Cv - удельная массовая изохорная теплоемкость рабочего тела системы,"

LOCATE 8, 2: PRINT "Дж/(кг"; CHR$(250); "К)"

LOCATE 9, 4

PRINT "T1, T2 - начальная и конечная термодинамическая температура рабочего тела, К"

LOCATE 10, 4: COLOR 12, 9

PRINT "Работа": LOCATE 10, 11: COLOR 15, 9

PRINT "совершаемая газом только тогда, когда изменяется его объем. Проиллюстрируем это примером совершения работы газом в цилиндре двигателя."

'рисунок графика P=f(v)'

CIRCLE (160, 150), 100, 15, 3.4, 4.7

LINE (50, 160)-(50, 234), 15: LINE (50, 234)-(170, 234), 15

LINE (100, 208)-(100, 280): LINE (120, 216)-(120, 280)

LINE (104, 211)-(104, 233), 12: LINE (108, 213)-(108, 233), 12

LINE (112, 215)-(112, 233), 12: LINE (116, 217)-(116, 233), 12

LINE (72, 183)-(72, 234), 15: LINE (145, 223)-(145, 234), 15

LOCATE 12, 5: PRINT "P,": LOCATE 12, 8: PRINT "Па"

LOCATE 15, 14: PRINT "dv": LOCATE 18, 8: PRINT "v1": LOCATE 18, 17 PRINT "v2"

LOCATE 18, 21: PRINT "v, м^3/кг": LOCATE 18, 14: PRINT "dS"

LOCATE 20, 12: PRINT "f": LOCATE 20, 5: PRINT "P-": LOCATE 20, 20 PRINT "<-- N"

LOCATE 20, 8: PRINT "->"

LINE (50, 255)-(50, 280), 15: LINE (50, 255)-(170, 255), 15

LINE (50, 280)-(170, 280), 15

LINE (72, 255)-(72, 280), 12: LINE (145, 255)-(145, 280), 12

LOCATE 12, 36: PRINT "Газ расширяется от v1 до v2, совершая работу"

LOCATE 13, 35: PRINT "в результате давления Р на днище поршня площадью f и преодолевая внешнюю силу N."

LOCATE 15, 36: PRINT "Элементарная работа на участке dS определяется выражением:"

LOCATE 19, 40: PRINT "l = "; CHR$(179); " p"; CHR$(250); "f"; CHR$(250); "dS"

LOCATE 18, 44: PRINT CHR$(218): LOCATE 20, 44: PRINT CHR$(217)

LOCATE 17, 44: PRINT "v2": LOCATE 21, 44: PRINT "v1"

CALL Keyb

CALL Rmk

CALL Text5

LOCATE 4, 4: COLOR 15, 9

PRINT "Учитывая, что f"; CHR$(250); "dS есть объем dv, работа будет определяться выражением:"

LOCATE 7, 35: PRINT "l = "; CHR$(179); " p"; CHR$(250); "dv"

LOCATE 6, 39: PRINT CHR$(218): LOCATE 8, 39: PRINT CHR$(217)

LOCATE 5, 39: PRINT "v2": LOCATE 9, 39: PRINT "v1"

LOCATE 10, 4

PRINT "Это уравнение не имеет общего решения, поскольку неизвестна общаяя зависимость между изменением давления р и объемом dv."

LOCATE 12, 4: PRINT "Однако в частных случаях уравнение может быть решенно:"

LOCATE 13, 6: PRINT "при p = const, l = p(v2 - v1)"

LOCATE 14, 6: PRINT "при v = const, l = 0 т.к. v - не изменяется."

LOCATE 15, 4

PRINT "Подводимая теплота вызывает изменение внутренней энергии, объема и давления"

LOCATE 16, 2: PRINT "рабочего тела системы, что характеризуется понятием энтальпия."

LOCATE 17, 4: COLOR 12, 9: PRINT "Энтальпия": LOCATE 17, 14

COLOR 15, 9

PRINT "- есть сумма внутренней энергии u газа и произведения давления"

LOCATE 18, 2: PRINT "газа на его объем v."

LOCATE 19, 35: PRINT "h = u + p"; CHR$(250); "v"

LOCATE 20, 2

PRINT "Следовательно p"; CHR$(250); "v - есть потенциальная энергия сжатого газа."

CALL Keyb

CALL Rmk

CALL Text5

LOCATE 4, 4: COLOR 15, 9

PRINT "Энтальпия газа определяется из выражения первого закона термодинамики:"

LOCATE 5, 34: PRINT "dq = du + p"; CHR$(250); "dv"

LOCATE 6, 27: PRINT CHR$(127); "h = Cv(T2 - T1) + p(v2 - v1)"

LOCATE 7, 4: PRINT "Учитывая, что R"; CHR$(250); "v = RT, получим:"

LOCATE 8, 20: PRINT CHR$(127); "h = Cv(T2 - T1) + R(T2 - T1) = Cp(T2 - T1)"

LOCATE 9, 2: PRINT CHR$(127); "h измеряется в Дж/кг."

LOCATE 10, 4

PRINT "Не всегда количество теплоты, подведенной к газу, определяется его температурой. Чтобы выявить эту зависимость разделим теплоту, подведенную к газу на"

LOCATE 12, 2: PRINT "его температуру, получим:"

LOCATE 13, 28: PRINT "@q/T = du/T + p"; CHR$(250); "dv/T = "; CHR$(127); "S"

LOCATE 14, 4

PRINT "Выражение @q/T = dS называется теплотой, приведенной к температуре или"

LOCATE 15, 2: COLOR 12, 9: PRINT "энтропией."

LOCATE 15, 13: COLOR 15, 9

PRINT "Умножим числитель и знаменатель выражения для работы P"; CHR$(250); "dv/T на v,"

LOCATE 16, 2: PRINT "получим:"

LOCATE 17, 25

PRINT "p"; CHR$(250); "v"; CHR$(250); "dv/T"; CHR$(250); "v = R"; CHR$(250); "T"; CHR$(250); "dv/T"; CHR$(250); "v = R"; CHR$(250); "dv/v"

LOCATE 18, 2

PRINT "тогда получим выражение для определения энтропии в общем виде:"

LOCATE 20, 31: PRINT "dS = Cv"; CHR$(250); "dT/T + R"; CHR$(250); "dv/v"

LOCATE 23, 26: PRINT "Продолжить -": COLOR 10, 9: LOCATE 23, 39: PRINT "ENTER"

LOCATE 23, 45: COLOR 15, 9: PRINT ", Назад -": LOCATE 23, 55: COLOR 10, 9

PRINT "ESC"

'Ожидание ввода клавиш ENTER, ESC'

DO

SELECT CASE INKEY$

CASE CHR$(13)

EXIT DO

CASE CHR$(27)

GOTO Rasd3

END SELECT

LOOP

CALL Rmk

CALL Text5

LOCATE 4, 4: COLOR 15, 9

PRINT "Вы познакомились с основными понятиями термодинамики

идеальных газов и"

LOCATE 5, 2: PRINT "можете приступить к изучению и исследованию"

LOCATE 7, 18: COLOR 14, 9: PRINT "ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ"

LOCATE 9, 17: PRINT "УСПЕХА ВАМ ПРИ ИЗУЧЕНИИ, НАЖМИТЕ КЛАВИШУ - ESC"

DO

SELECT CASE INKEY$

CASE CHR$(27)

EXIT DO

END SELECT

LOOP

SYSTEM

SUB Keyb: 'Подпрограмма опроса клавиатуры'

LOCATE 23, 26: PRINT "Продолжить -": COLOR 10, 9: LOCATE 23, 39 PRINT "ENTER"

LOCATE 23, 45: COLOR 15, 9: PRINT ", Выход -": LOCATE 23, 55

COLOR 10, 9

PRINT "ESC"

'Ожидание и проверка нажатия клавиш ENTER, ESC'

DO

SELECT CASE INKEY$

CASE CHR$(13)

EXIT DO

CASE CHR$(27)

SYSTEM

END SELECT

LOOP

CALL Rmk

END SUB

SUB Rmk: 'Подпрограмма рисования рамки'

CLS: LINE (1, 1)-(638, 348), 15, B

LINE (1, 38)-(638, 38), 15

END SUB

SUB Text5: 'Подпрограмма названия раздела'

LOCATE 2, 27: COLOR 14, 9: PRINT "ПЕРВЫЙ

ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ"

END SUB. [18-25]

ГЛАВА 4. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА ПРОИЗВОДСТВЕ.

4.1 Требования безопасности к техническим средствам ЭВМ

Технические и периферийные средства ЭВМ должны отвечать требованиям безопасности при их эксплуатации, монтаже, ремонте и обслуживании отдельных комплексов и систем в целом. Устройства управления ЭВМ, устройства ввода-вывода и подготовки данных в процессе эксплуатации должны быть пожаробезопасными и соответствовать требованиям безопасности в течение всего срока службы.

Органы управления техническими средствами ЭВМ, устройства ввода-вывода, средства диагностики и контроля работы должны включать накопление статического электричества в опасных количествах. Отдельные блоки ЭВМ допускается эксплуатировать с устройствами снятия электрического заряда.

Для предотвращения образования и защиты студентов от статического электричества в помещениях учебно-вычислительного центра (УВЦ) необходимо использовать нейтрализаторы и увлажнители воздуха, а полы должны иметь антистатическое покрытие. Допустимый уровень напряженности электрического поля в помещениях УВЦ не должен превышать 20 кВ/м.

Конструктивно отдельные модули и блоки технических средств ЭВМ должны иметь местное освещение для обслуживания, диагностики и контроля работы, при этом должна исключаться возможность соприкосновение с токоведущими частями электрооборудования.

Устройства управления техническими и периферийными средствами ЭВМ, обеспечивающие взаимодействие составных частей ЭВМ, должны быть выполнены так, чтобы не могла возникнуть опасность в процессе совместного действия отдельных систем и комплекса в целом. [8]

Видео терминальное устройство отображения информации должно отвечать основным требованиям безопасности: яркость экрана дисплея не

менее 100 кд/м2, высота символов на экране не менее 3.8 мм, расстояние от глаз до экрана не менее 400 мм, размер экрана по диагонали не менее 310 мм, количество точек на одной строке не менее 640, минимальный размер светящейся точки не более 0.4 мм, для монохромного дисплея и 0.6 мм для цветного.

4.2 Требования безопасности к микроклимату в учебных лабораториях

Оптимальные и допустимые условия микроклимата в лабораториях учебного вычислительного центра (УВЦ) устанавливаются с учетом избытка тепла, выделяемого от технических и периферийных устройств ПЭВМ, тяжести выполняемой работы, а также времени года. Микроклимат определяется действующими на организм программистов сочетаниями температуры, влажности и скорости движения воздуха.

В лабораториях УВЦ необходимо поддерживать оптимальные условия микроклимата с помощью вентиляционных и отопительных систем, выполненных в соответствии с СНИП II-33-75. Температура воздуха в холодный и теплы период года должна быть в пределах +20...25 оС, относительная влажность 60...40 % при скорости движения воздуха не более 0.2 м/с, подача наружного воздуха в помещение лаборатории объемом до 20 м3 на одного студента не должна быть менее 30 м3/ч.

Воздух в помещениях работы программистов и операторов вычислительных систем должен быть очищен от вредных веществ, пыли и микроорганизмов. Патогенная флора должна быть исключена. В помещениях лабораторий УВЦ общее количество колоний на 1 м3 не должна превышать 1000. В помещениях УВЦ воздух рабочей зоны должен соответствовать установленным требованиям ГОСТ 12.1.005-76 с незначительным избытком тепла от видеотерминалов и устройств отображения информации. [8]

При одновременном нахождении в помещениях УВЦ технических и периферийных устройств ЭВМ, программистов и операторов вычислительных систем, когда температура внешней среды выше +25 оС, допустимая температура воздуха в помещениях не должна превышать +31...+33 оС со значительным избытком тепла от ЭВМ. При длительном воздействии повышенной температуры происходит нарушение водно-солевого, белкового и витаминного обменов в организме студентов УВЦ. В результате наступает расслабление организма учащихся, снижение внимания и скорости восприятия с устройств отображения информации.

4.3 Меры безопасности при проведении лабораторных работ

В лабораторном макете присутствует опасное для жизни напряжение 220 вольт 50 герц. Это напряжение питает трансформаторный блок. В остальных блоках лабораторного макета напряжения не превышают 27 вольт, что не является опасным. В блоке стабилизатора и блоке нагрузки происходит тепловыделение. Температура частей этих блоков не превышает 50 °С, что не представляет опасности для человека.

Корпус блока трансформатора выполнен из диэлектрического материала. Шасси выполнено из дюралюминия. Клемма заземления шасси должна быть выведена на корпус. К этой клемме должно быть подключено заземление.

Сетевой тумблер типа ПТ2-2 (напряжение 600 вольт, ток до 2 ампер) отвечает требованиям электробезопасности.

Должны быть использованы сетевые предохранители в стандартных держателях.

Напряжения и температуры в остальных блоках лабораторного макета не представляют опасности и не требуют особых мер предосторожности.

На рабочем месте имеются приборы, разъемы, клеммы и другие элементы, которые находятся под напряжением. Поэтому при проведении лабораторных работ необходимо знать и строго выполнять следующие основные правила техники безопасности.

1. Лабораторную работу можно выполнять только на исправном стенде. Об обнаруженных неисправностях необходимо сообщить персоналу лаборатории.

2. Выполнять лабораторную работу на каждом стенде должны одновременно не менее двух человек.

3. Перед началом работы необходимо убедиться, что все выключатели находятся в положении "Выключено".

4. Категорически запрещается включать макет без разрешения преподавателя или заведующего лабораторией.

5. Изменения в схеме с помощью соединительных проводов можно производить только при обесточенной схеме, для чего соответствующие выключатели должны быть поставлены в положение "Выключено".

6. Все операции с приборами и элементами, находящимися под напряжением (регулировка, включение тумблеров и тому подобное), должны производиться одним человеком и только одной рукой. Вторая рука должна быть свободной и не должна касаться аппаратуры макета.

7. При обнаружении каких-либо повреждений или неисправностей, а также при появлении дыма, искрения или запаха перегретой изоляции необходимо обесточить лабораторный макет и сообщить об этом преподавателю или заведующему лабораторией.

8. В случае поражения человека электрическим током необходимо немедленно выключить питание стенда. Если отключение напряжения не может быть произведено быстро, нужно принять меры к изоляции пострадавшего от элементов, находящихся под напряжением. Для этого необходимо использовать резиновые перчатки, резиновый коврик или применить такие подручные средства, как сухая одежда, сухие деревянные элементы и другие изоляторы.

9. При потере пострадавшим сознания и дыхания необходимо освободить его от стесняющей дыхание одежды и делать ему искусственное дыхание до прибытия врача, и дать понюхать ватку, смоченную нашатырным спиртом.

Заключение

При разработке алгоритма пакета прикладных программ необходимо формализован процесс решения задачи, сведя его к применению конечной последовательности достаточно простых правил. В широком смысле алгоритмизация включила в себя и выбор метода задач, а так же формы представления исходной информации с учетом специфики ЭВМ.

Алгоритмом является система правил, четко описывающая последовательность действий, которая выполнена для решения поставленной задачи.

В разработанном пакете прикладных программ данной дипломной работы, состоящей из трех файлов: “Tepl1”, “Tepl2”, “Tepl3” изложенный материал представлен в удобной форме. При работе с ним студент не только пользуется как конспектом лекций, но имеет возможность работы с практической частью, т.е. с решением задач, тем самым осуществляя проверку полученных знаний.

В данном пакете обучающие программы работают со студентом в режиме диалога: вначале ознакомление с теоретической частью термодинамики идеальных газов, затем решение задач и анализ полученных результатов.

Изучая данный раздел теплотехники- “Термодинамика идеальных газов”, студент пользуясь разработанным пакетом получает начальные знания перед освоением раздела “Термодинамические процессы идеальных газов в закрытых системах”.

Теоретическая часть материала изложена во всех трех программах, а практическая, с решением задач только в первых двух. В программах приводятся основные определения, выводы графиков и формул.

Список литературы

1. Базаров И.П. Термодинамика. - М.: Высшая школа, 1983. - 344 с.

2. Теплотехника / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт и др.; Под ред А.П. Баскакова. - М.: Энергоиздат, 1982. - 246 с.

3. Теплотехника / А.М. Архаров, С.И. Исаев, И.А. Кожинов и др.; Под общ. ред. В.И. Крутова. - М.: Машиностроение, 1986. - 432 с.

4. Чечеткин А.В., Занемонец Н.А. Теплотехника. - М.: Высшая школа, 1986. - 344 с.

5. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник./ Под общ. ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина, книга 2. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 557 с.

6. Драганов Б.Х. и др. Теплотехника и применение теплоты в сельском хозяйстве. - М.: Агропромиздат, 1990. - 463 с.

7. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. - М.: Энергоиздат, 1988.- 485 с.

8. Ливчак И.Ф., Воронов Ю.В. Охрана окружающей среды. - М.: Стройиздат, 1988. - 191 с.

9. Богословский В.Н. Строительная теплофизика. - М.: Высшая школа, 1982. - 415 с.

10. Андреевский А.К. Теплоснабжение. 2-е изд., перераб. и доп. - Минск: Высшая школа, 1982.

11. Копко В.М. и др. Теплоснабжение./ Под общ. ред. В.М. Копко. - Минск: Высшая школа, 1985.

12. Электронные вычислительные машины: В 8-ми кн.: / Под ред. А.Я. Савельева. Кн. 3. Алгоритмизация и основы программирования / Г.И. Светозарова. - М.: Высшая школа, 1987. - 128 с.

13. Брябин В.М. Программное обеспечение персональных ЭВМ. - М.: Наука. Гл. ред. физ. - мат. лит., 1988. - 277 с.

14. 14. Керниган Б., Плотжер Ф. Элементы стиля программирования: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1988. - 160 с.

15. Программирование ЭВМ на языке Basic. Справочник / Е.С. Башмакова, И.М. Витенберг, А.Б. Либеров, А.Л. Пашков; Под ред. И.М. Витенберга - М.: Радио и связь, 1991. - 240 с.

16. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. Изд. 6-е, перераб. и доп. - М.: ИНФРА - М, 1995. - 432 с.: ил.

17. Меньшикова О.И, Бонюшкина А.Ю. Начало программирования на языке Qbasic: Учебное пособие - М.: Издательство ЭКОМ, 1998. - 304 с.: ил.

18. Очков В.Ф. Языки программирования GW-Basic и Qbasic: сравните-льное описание. - М.: Энергоатомиздат, 1992.

19. Дьяконов В.П. Компьютер в быту. - Смоленск: Русич, 1997. - 640 с.

20. J. Huckstand. Qbasic. Markt & Technic, 1992.

21. Дьяконов В.П. Применение прсональных ЭВМ и программирование на языке Basic. - М.: Радио и связь, 1989.

22. Дьяконов В.П. От простого Basic к быстрому // М.: Мир ПК. - 1991. - №4.

23. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам для персональных ЭВМ. - М.: Наука, 1989.

24. Очков В.Ф. Модульное программирование на языке QBasic. - М.: Энергоатомиздат, 1992.

25. Мельникова О.И. QBasic 4.5. Новые возможности программирования. М.: Издательство ЭКОМ, 1998.

Размещено на Allbest.ru