Понятие автотехнической экспертизы ДТП

Федеральное агентство по образованию

МОСКОВСКИЙ  АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Волжский  филиал 
 
 
 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По  дисциплине: Экспертный анализ технического состояния

транспортных средств

На  тему: Понятие автотехнической экспертизы ДТП 
 
 
 

Выполнил: ______________

Курс:____________________

Специальность:___________

Факультет:_______________

Проверил:________________

Регистрационный № ______________

Дата  сдачи: «___»____________2012 г. 
 

Чебоксары, 2012 г. 
 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 

1. Вторая запись  первого закона  термодинамики 3 

2. Энтальпия (тепловая  функция) 6 

3. Рабочее тело и  параметры его  состояния 10 

4. В чем заключается  физическая основа

второго закона термодинамики 12 

5. Термодинамическая  система и рабочее  тело. Параметры состояния рабочего тела и уравнение состояния 16 

Список  использованной литературы 21 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Вторая запись  первого закона  термодинамики 
 

     Первый  закон термодинамики (закон сохранения энергии для тепловых процессов) определяет количественное соотношение между изменением внутренней энергии системы дельта U, количеством теплоты Q, подведенным к ней, и суммарной работой внешних сил A, действующих на систему.

     Первый  закон термодинамики - Изменение  внутренней энергии системы при  ее переходе из одного состояния в другое равно сумме количества теплоты, подведенного к системе извне, и работы внешних сил, действующих на нее:

     Первый  закон термодинамики - количество теплоты, подведенное к системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами:

     Частные случаи первого закона термодинамики для изопроцессов

     При изохорном процессе объем газа остается постоянным, поэтому газ не совершает  работу. Изменение внутренней энергии  газа происходит благодаря теплообмену  с окружающими телами:

     При изотермическом процессе количество теплоты, переданное газу от нагревателя, полностью  расходуется на совершение работы:

     При изобарном расширении газа подведенное к нему количество теплоты расходуется как на увеличение его внутренней энергии и на совершение работы газом:

     Адиабатный  процесс - термодинамический процесс в теплоизолированной системе.

     Теплоизолированная  система - система, не обменивающаяся энергией с окружающими телами.  

     Формула КПД теплового  двигателя: 
 

     Цикл  Карно для тепловой машины

     Энергетическая  схема тепловой машины: 1 – нагреватель; 2 – холодильник; 3 – рабочее 
тело, совершающее круговой процесс. Q1 > 0, A > 0, Q2 < 0; T1 > T2

     Энергетическая  схема холодильной  машины. Q1 < 0, A < 0, Q2 > 0, T1 > T2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2. Энтальпия (тепловая  функция) 
 

     Энтальпи́я, также тепловая функция и теплосодержание — термодинамический потенциал, характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии при выборе в качестве независимых переменных давления, энтропии и числа частиц.

     Если  термомеханическую систему рассматривать  как состоящую из макротела (газа) и поршня с грузом весом Р = p S, уравновешивающего давление газа р внутри сосуда, то такая система называется расширенной.

     Энтальпия или энергия расширенной системы  Е равна сумме внутренней энергии газа U и потенциальной энергии поршня с грузом

     E_пот = pSx = pV

     H = E = U + pV

     Таким образом, энтальпия в данном состоянии  представляет собой сумму внутренней энергии тела и работы, которую необходимо затратить, чтобы тело объёмом V ввести в окружающую среду, имеющую давление р и находящуюся с телом в равновесном состоянии. Энтальпия системы H — аналогично внутренней энергии и другим термодинамическим потенциалам  — имеет вполне определенное значение для каждого состояния, т. е. является функцией состояния. Следовательно, в процессе изменения состояния

     ΔH = H₂ − H₁

     Изменение энтальпии не зависит от пути процесса, определяясь только начальным и  конечным состоянием системы. Если система каким-либо путём возвращается в исходное состояние (круговой процесс), то изменение любого её параметра, являющегося функцией состояния, равно нулю, отсюда ΔH = 0, или же

     Дифференциал  энтальпии, выраженный в собственных  переменных — через энтропию S и давление p:

     Поскольку в квазиравновесных процессах  — количество теплоты, подведенной к системе, отсюда вытекает физический смысл введения понятия энтальпии: ее изменение — это тепло, подведенное к системе в изобарическом процессе (при постоянном давлении). Практическое применение этой функции основано на том, что множество химических процессов в реальных или лабораторных условиях реализуются именно при постоянном (атмосферном) давлении, когда резервуар открыт. Так, энтальпия образования — количество энергии, которое выделяется или поглощается при образовании сложного вещества из простых веществ.

     Все химические реакции сопровождаются выделением (экзотермические) или поглощением (эндотермические) тепла. Мерой теплоты реакции служит изменение энтальпии ΔН, которая соответствует теплообмену при постоянном давлении. В случае экзотермических реакций система теряет тепло и ΔН — величина отрицательная. В случае эндотермических реакций система поглощает тепло и ΔН — величина положительная.

     Энтальпией  системы удобно пользоваться в тех  случаях, когда в качестве независимых переменных, определяющих состояние системы, выбирают давление р и температуру Т

     H = H(p,T)

     В этом случае изменение энтальпии  в изобарическом процессе практически удобно рассчитывать, зная теплоемкость при постоянном давлении C_p(T):

      
Энтальпия — величина аддитивная (экстенсивная), т. е. для сложной системы равна сумме энтальпий её независимых частей . Подобно другим термодинамическим потенциалам, энтальпия определяется с точностью до постоянного слагаемого, которому в термодинамике часто придают произвольные значения (например, при расчете и построении тепловых диаграмм). При наличии немеханических сил величина энтальпии системы равна 

     где X_i — обобщённая сила; y_i — обобщённая координата.

     Примеры

     Инвариантная энтальпия в релятивистской термодинамике

     При построении релятивистской термодинамики (с учетом специальной теории относительности) обычно наиболее удобным подходом является использование так называемой инвариантной энтальпии — для системы, находящейся в некотором сосуде.

     При этом подходе температура T определяется как лоренц-инвариант. Энтропия S — также инвариант. Поскольку стенки влияют на систему, наиболее естественной независимой переменной является давление P, в связи с чем в качестве термодинамического потенциала удобно брать именно энтальпию.

     Для такой системы «обычная» энтальпия  и импульс системы  образуют 4-вектор, и за определение инвариантной энтальпии, одинаковой во всех системах отсчёта, берётся инвариантная функция этого 4-вектора:

     Основное  уравнение релятивистской термодинамики  записывается через дифференциал инвариантной энтальпии следующим образом:

     Пользуясь этим уравнением, можно решить любой  вопрос термодинамики движущихся систем, если известна функция H(S,P,N). 
 

     3. Рабочее тело и  параметры его  состояния 
 

     Рабочее тело - газообразное или жидкое вещество, используемое в машинах как средство для преобразования энергии, получения теплоты или холода. В котельных в качестве теплоносителей применяют воду и водяной пар, для характеристики которых используют такие параметры их физического состояния, как температура, давление, удельный объем, плотность, теплоемкость, концентрация компонентов, энтальпия (теплосодержание), влажность (для пара), скрытая теплота парообразования (конденсации) и др.

     Температура является мерой теплового состояния или степени нагрева тела. Тепловое состояние характеризуется интенсивностью теплового движения атомов, молекул. Температура тела характеризуется его средней внутренней энергией. При нагревании температура тела начинает повышаться, но при определенной температуре, соответствующей моменту перехода тела из одного агрегатного состояния в другое, например при конденсации или плавлении, температура не изменяется.

      Единицей  измерения температуры является градус. В отечественной технической литературе используют градусы шкал Цельсия (°С) и Кельвина (К). На шкале Цельсия 1 °С = 1/100 разности температуры кипения воды (100 °С) при атмосферном давлении 0,1 МПа (760 мм рт. ст.) и температуры таяния льда (0 °С). В системе СИ используют шкалу Кельвина, на которой 1 К (кельвин) = = 1/273,16 термодинамической температуры тройной точки воды. На шкале Кельвина температура +273,26 К соответствует точке, в которой три фазы воды — твердая, жидкая и газообразная — находятся в равновесии. Размер делений на шкалах Цельсия и Кельвина одинаков, поэтому 1 °С = 1 К. Таким образом, точка таяния льда по шкале Кельвина равна 273,16 (округленно 273) К, а точка кипения воды 373 К. Связь между температурами Кельвина (Т, К) и Цельсия (t, °С) определяется соотношениями: Т = (t + 273), К; t= (Т- 273), °С.

     Давление  — это физическая величина, характеризующая  интенсивность сил, действующих на тело. Давление равно отношению нормально (перпендикулярно к поверхности) направленной силы Fк площади поверхности S, Hatкоторую она действует, т.е. р - F/S, Н/м2 (эта размерность имеет название «паскаль», т.е. 1 Па = 1Н/м2. Различают давление атмосферное, избыточное и абсолютное.

     Атмосферным называют давление воздуха на землю  и на предметы, расположенные на ней. Это давление измеряется барометром, поэтому его также называют барометрическим и обозначают бар. В Международной системе единиц (СИ) 1 бар = 105 Па (или 105 Н/м2, или 0,1 МПа).

     Избыточное  давление рт5 характеризует превышение давления в системе над атмосферным. Это давление измеряется манометром, поэтому также его называют манометрическим. Абсолютное давление рабс, т.е. давление жидкости или газа в закрытом сосуде, равно сумме атмосферного и избыточного давлений:

Рабс = Рбар + Pизб

     Абсолютное  давление может быть как выше, так и ниже атмосферного. Если давление в системе ниже атмосферного, то оно называется разрежением (вакуумом) ppa3V. В этом случае давление в закрытом сосуде.

Рабе = Pбар - Рразр

     В практике применяют единицу давления «паскаль» и кратные ей значения. Таким образом 1 Н/м2 = 1 Па; 1 килопаскаль (кПа) = 103 Па; 1 мегапаскаль. (МПа) = 106 Па. Используются также внесистемные принятые в отрасли единицы измерения давления: кгс/см2 — килограмм-сила на квадратный сантиметр; мм рт. ст. — миллиметры ртутного столба; мм вод. ст. — миллиметры водяного столба; физическая и техническая атмосферы. Все эти единицы связаны между собой следующим образом:

физическая  атмосфера (давление воздуха на уровне моря, равное 760 мм рт. ст. при температуре 0 °С)

1 атм  = 760 мм рт. ст. = 101 325 Па = 101 кПа = 0,1 МПа;

техническая атмосфера

1 ат = 1 кгс/см2 = 795,56 мм рт. ст. = 98 066,5 Па = 0,098 МПа;

миллиметр ртутного столба и миллиметр водяного столба

1 мм  рт. ст. = 133 Па; 1 мм вод. ст. = 9,81 Па = 10 Па.

     Удельный  объем Vo газа, воды или пара — это объем единицы массы соответствующего рабочего тела (вещества). Если рабочее тело (вещество) массой т, кг, занимает объем V, м3, то удельный его объем составит, м3/кг,

     Плотность р газа, воды или пара — величина, обратная удельному объему, кг/м3, 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. В чем заключается  физическая основа

     второго закона термодинамики 

     Естественные  процессы всегда направлены в сторону  достижения системой равновесного состояния (механического, термического или любого другого). Это явление отражено вторым законом термодинамики, имеющим большое значение и для анализа работы теплоэнергетических машин. В соответствии с этим законом, например, теплота самопроизвольно может переходить только от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой. Для осуществления обратного процесса должна быть затрачена определенная работа. В связи с этим второй закон термодинамики можно сформулировать следующим образом: невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от тел более холодных к телам более теплым (постулат Клаузиуса, 1850 г.).

     Второй  закон термодинамики определяет также условия, при которых теплота  может, как угодно долго преобразовываться в работу. В любом разомкнутом термодинамическом процессе при увеличении объема совершается положительная работа:

   ,

  где l – конечная работа,

  v₁ и v₂ – соответственно начальный и конечный удельный объем;

  но  процесс расширения не может продолжаться бесконечно, следовательно, возможность преобразования теплоты в работу ограничена.

     Непрерывное преобразование теплоты в работу осуществляется только в круговом процессе или цикле.

     Каждый  элементарный процесс, входящий в цикл, осуществляется при подводе или  отводе теплоты dQ, сопровождается совершением или затратой работы, увеличением или уменьшением внутренней энергии, но всегда при выполнении условия dQ=dU+dL и dq=du+dl, которое показывает, что без подвода теплоты (dq=0) внешняя работа может совершаться только за счет внутренней энергии системы, и, подвод теплоты к термодинамической системе определяется термодинамическим процессом. Интегрирование по замкнутому контуру дает:

   , , так как .

  Здесь Q_Ц и L_Ц - соответственно теплота, превращенная в цикле в работу, и работа, совершенная рабочим телом, представляющая собой разность |L₁| - |L₂| положительных и отрицательных работ элементарных процессов цикла.

  Элементарное  количество теплоты можно рассматривать  как подводимое (dQ>0) и отводимое (dQ<0) от рабочего тела. Сумма подведенной теплоты в цикле |Q₁|, а сумма отведенной теплоты |Q₂|. Следовательно,

  L_Ц=Q_Ц=|Q₁| - |Q₂|.

  Подвод  количества теплоты Q₁ к рабочему телу возможен при наличии внешнего источника с температурой выше температуры рабочего тела. Такой источник теплоты называется горячим. Отвод количества теплоты Q₂ от рабочего тела также возможен при наличии внешнего источника теплоты, но с температурой более низкой, чем температура рабочего тела. Такой источник теплоты называется холодным. Таким образом, для совершения цикла необходимо иметь два источника теплоты: один с высокой температурой, другой с низкой. При этом не все затраченное количество теплоты Q₁ может быть превращено в работу, так как количество теплоты Q₂ передается холодному источнику.

  Условия работы теплового двигателя сводятся к следующим:

• необходимость двух источников теплоты (горячего и холодного);
• циклическая работа двигателя;
• передача части количества теплоты, полученной от горячего источника, холодному без превращения ее в работу.

  В связи с этим второму закону термодинамики  можно дать еще несколько формулировок:

• передача теплоты от холодного источника к горячему невозможна без затраты работы;
• невозможно построить периодически действующую машину, совершающую работу и соответственно охлаждающую тепловой резервуар;
• природа стремится к переходу от менее вероятных состояний к более вероятным.

  Следует подчеркнуть, что второй закон термодинамики (так же как и первый), сформулирован на основе опыта.

  В наиболее общем виде второй закон  термодинамики может быть сформулирован следующим образом: любой реальный самопроизвольный процесс является необратимым. Все прочие формулировки второго закона являются частными случаями наиболее общей формулировки.

  В.Томсон (лорд Кельвин) предложил в 1851 г. следующую  формулировку: невозможно при помощи неодушевленного материального агента получить от какой-либо массы вещества механическую работу посредством охлаждения ее ниже температуры самого холодного из окружающих предметов.

  М.Планк  предложил формулировку более четкую, чем формулировка Томсона: невозможно построить периодически действующую машину, все действие которой сводилось бы к понятию некоторого груза и охлаждению теплового источника. Под периодически действующей машиной следует понимать двигатель, непрерывно (в циклическом процессе) превращающий теплоту в работу. В самом деле, если бы удалось построить тепловой двигатель, который просто отбирал бы теплоту от некоторого источника и непрерывно (циклично) превращал его в работу, то это противоречило бы положению о том, что работа может производиться системой только тогда, когда в этой системе отсутствует равновесие (в частности, применительно к тепловому двигателю – когда в системе имеется разность температур горячего и холодного источников).

  Если  бы не существовало ограничений, накладываемых  вторым законом термодинамики, то это означало бы, что можно построить тепловой двигатель при наличии одного лишь источника теплоты. Такой двигатель мог бы действовать за счет охлаждения, например, воды в океане. Этот процесс мог бы продолжаться до тех пор, пока вся внутренняя энергия океана не была бы превращена в работу. Тепловую машину, которая действовала бы таким образом, В.Ф.Оствальд удачно назвал вечным двигателем второго рода (в отличие от вечного двигателя первого рода, работающего вопреки закону сохранения энергии). В соответствии со сказанным формулировка второго закона термодинамики, данная Планком, может быть видоизменена следующим образом: осуществление вечного двигателя второго рода невозможно.

  Следует заметить, что существование вечного  двигателя второго рода не противоречит первому закону термодинамики; в самом деле, в этом двигателе работа производилась бы не из ничего, а за счет внутренней энергии, заключенной в тепловом источнике, так, что с количественно стороны процесс получения работы из теплоты в данном случае не был бы невыполнимым. Однако существование такого двигателя невозможно с точки зрения качественной стороны процесса перехода теплоты между телами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Термодинамическая система и рабочее тело.

Параметры состояния рабочего тела и уравнение  состояния 
 
 

     Под термодинамической системой понимают совокупность тел, которые могут обмениваться между собой и с окружающей средой энергией и массой.

           Система имеет определенные границы с окружающей средой, которые могут быть как реальными – газ в резервуаре, граница раздела фаз, - так и чисто условными в виде контрольной поверхности.

           Если система не обменивается с окружающей средой энергией в форме теплоты, то она называется теплоизолированной или адиабатной.

           Система, которая  не обменивается с окружающей средой массой, называется закрытой (цилиндр с поршнем), а обменивающаяся веществом – открытой (вентиляционная шахта, реактивный двигатель, сопло и т. д.).

           Если система не обменивается с окружающей средой ни массой, ни энергией, то она находится в состоянии термодинамического равновесия и без внешних воздействий из этого состояния выйти не сможет.

           Под термодинамическим процессом понимают всевозможные изменения состояния системы, происходящие в результате обмена энергией с окружающей средой.

           Равновесными называются процессы, когда система в любой момент времени находится в равновесном состоянии. Это идеальные процессы, реальные процессы должны происходить в этих условиях бесконечно медленно. При этом все параметры системы – давление, температура и т. д. – в любой момент времени должны быть одинаковы во всем объеме системы. В неравновесном процессе различные части системы имеют неодинаковые температуры, давления и т.д. Процесс перехода системы из неравновесного состояния в равновесное называется релаксацией.

           Каждое равновесное  состояние системы характеризуют  определенные физические величины – параметры состояния.  Они подразделяются на интенсивные, численное значение которых не зависит от размеров системы – температура, давление, и экстенсивные, зависящие от размеров системы – масса, энергия, энтальпия, энтропия и т.д.

     Рабочее тело  и параметры  его состояния

     Процессы  преобразования  энергии  в  различных  тепловых  машинах осуществляется  с  помощью  вещества,  называемого  рабочим  телом. В качестве рабочих тел могут выступать вещества в жидком, газообразном и твердом состояниях. Они являются «посредниками» в процессе обмена энергией между системой и окружающей средой. Так, например,  нагреваемый газ расширяется и совершает механическую работу. В результате происходит преобразование тепловой энергии в механическую.