Техническая термодинамика

Техническая термодинамика

Техническая термодинамика

Определение 1

Техническая термодинамика представляет собой науку, изучающую взаимные превращения энергии (работы и теплоты), и условия, при которых подобные превращения могут совершаться наиболее эффективным образом.

Техническая термодинамика устанавливает взаимосвязь тепловых и механических процессов, совершаемых в холодильных и в тепловых машинах, занимается исследованием специальных процессов, осуществляемых в парах и газах, а также изучает свойства тел при разнообразных физических условиях.

Суть технической термодинамики

Рисунок 1. Техническая термодинамика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Процессы энергообмена сопровождают абсолютно все явления в мире. Термодинамика, в свою очередь, обеспечивает создание общих методов изучения энергетических явлений. Данный раздел науки обладает всеобщим методологическим значением, а ее методы задействованы в различных областях научного знания.

Замечание 1

В технической термодинамике общие методы, а также, положения, определения, математический аппарат физической термодинамики применяются в целях исследований явлений, сопровождающих энергетический обмен в механической и тепловой формах. Техническая термодинамика представляет собой теорию работы тепловых машин, представляющих в реальности основу современной энергетики.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Данный раздел термодинамики характеризуется следующими свойствами:

  • обеспечивает установление непосредственной взаимосвязи процессов тепловой передачи с химическими и механическими процессами, протекающими в тепло двигателях или холодильных машинах;
  • рассматривает процессы, осуществляемые в парах и газах;
  • исследует свойства тел при разнообразных физических условиях.

Деление термодинамики, согласно разделам, при этом в действительности условно, поскольку выводы общей термодинамики являются справедливыми в отношении каждого из них.

Техническая термодинамика, базируясь на основных законах и задействуя их в процессах преобразования теплоты в работу и наоборот, способствует развитию теории тепловых двигателей, исследованию проходящих в них процессов, а также, расчету их эффективности.

Основные понятия технической термодинамики

Техническая термодинамика состоит из следующих основных понятий, которые следует учитывать при ее детальном изучении:

  • термодинамическая система;
  • рабочее тело и внешняя среда;
  • равновесное и неравновесное состояния рабочего тела;
  • термодинамический процесс.

В условиях этого, важным становится усвоение определения и физической сути таких термодинамических процессов, как: равновесный и неравновесный, необратимый и обратимый.

Реальные состояния и процессы начнут приближаться к идеализированным в условиях очень незначительных изменений параметров состояния и в том случае, если временные промежутки между последовательными изменениями состояния достаточно велики.

Замечание 2

Теплота и работа являются определенными энергетическими формами, характеризующими два вида энергии: механическую и тепловую.

При этом работа может переходить в теплоту и обратно, что говорит об их свойстве взаимного превращения. Работа превращается в теплоту полностью, и это всегда.

В то же время, переход теплоты в работу уже происходит с определенными ограничениями (даже в условиях идеального процесса).

В тепловой машине взаимное превращение работы и теплоты происходит благодаря рабочему телу, которое под механическим и тепловым воздействием должно обрести способность ощутимо менять свой объем. Это, в свою очередь, объясняет использование пара или газа в тепловых машинах.

С целью более четкого понимания физической сути исследуемых закономерностей термодинамики и принципов работы разных теплотехнических устройств, требуется освоить принцип графического изображения любых процессов (даже включая круговые (циклические) в термодинамических диаграммах). Так, графическим способом можно изобразить только равновесные обратимые процессы и циклы, совершаемые рабочим телом.

Во всех теплотехнических установках, использующих газ в качестве рабочего тела, он будет считаться идеальным (иными словами, — состоящим из молекул, не обладающих размерами и с отсутствием силы взаимодействия друг с другом, т.е. – силы отталкивания и притяжения), за исключением упругих соударений.

Особенности термодинамического метода

Рисунок 2. Статистический и термодинамический методы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Метод термодинамики основан на применении незначительного количества законов, сформулированных на базе данных, полученных эмпирическим способом. Данные законы считаются законами природы. В качестве основ термодинамики выступают три главных закона (три начала термодинамики, другими словами):

  1. Первое начало: закон сохранения энергии, сформулированный в понятиях термодинамики.
  2. Второй закон определяет направление изменений, проявляющихся в процессах обмена энергией. Такой закон не обладает всеобщностью первого начала и эффективен исключительно в отношении явлений, включающих тепловой формат обмена энергией.
  3. Третье начало термодинамики выражено в теореме Нернста и демонстрирует еще большие ограничения в области своего применения. Закон создан с целью объяснения поведения вещества в условиях низких температур, приближенных к абсолютному нулю.

С целью описания процессов обмена энергией, в термодинамике применяются определенные понятия и величины, чей смысл не взаимосвязан с представлениями о микромире (макроскопические, феноменологические, термодинамические) параметры. Такие понятия считаются актуальными исключительно в отношении макротел.

Замечание 3

Главным преимуществом термодинамического метода можно считать тот факт, что термодинамические методы и соотношения не будут сохраняться в условиях развития и принципиального изменения представлений о строении вещества. Общие термодинамические соотношения могут быть применимыми к веществам в абсолютно любом состоянии (твердым телам и газам, жидкостям, электромагнитным излучениям).

К недостаткам термодинамического метода относится необходимость информации относительно свойств вещества (в конкретных случаях для применения общих соотношений термодинамики).

Термодинамические методы могут применяться исключительно к макроскопическим системам, при этом, тела или их совокупности должны быть ограниченными. Выводы термодинамики не могут распространяться на бесконечную Вселенную, поскольку основные положения создавались вследствие наблюдения за ее явлениями в ограниченной части.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/termodinamika/tehnicheskaya_termodinamika/

Основы технической термодинамики

Техническая термодинамика

1.1. Основные понятия и определения

Техническая термодинамика – наука, изучающая процессы преобразования теплоты в работу в тепловых машинах, а также свойства тел, посредством которых осуществляются указанные преобразования.

Различные физические тела, особенно газообразные, при нагревании расширяются, что и лежит в основе принципа действия тепловых двигателей. Вещество, посредством которого, осуществляется преобразование теплоты в работу в технической термодинамике, называется рабочим телом (р.т.).

Термодинамическая система (т.д.с.) – это совокупность материальных тел, являющихся объектом изучения, находящихся в тепловом или (и) механическом взаимодействии с другими телами, которые называются окружающей средой (о.с).

Поверхность, отделяющая рабочее тело термодинамической системы от окружающей среды называется граничной.

В зависимости от свойств, граничной поверхности различают:

· изолированную т.д.с.- граничная поверхность не допускает, ни теплового, ни механического взаимодействия рабочего тела термодинамической системы с окружающей средой;

· полуизолированную т.д.с.- граничная поверхность допускает или тепловое или механическое взаимодействие рабочего тела термодинамической системы с окружающей средой;

· неизолированную т.д.с.- граничная поверхность допускает и тепловое и механическое взаимодействие рабочего тела термодинамической системы с окружающей средой;

· закрытую т.д.с.- граничная поверхность не допускает обмена массы рабочего тела термодинамической системы с окружающей средой;

· открытую т.д.с.- граничная поверхность допускает обмен массы рабочего тела термодинамической системы с окружающей средой.

Требования, предъявляемые к рабочему телу т.д.с.:

§ должно обладать хорошими теплопроводящими свойствами, то есть должно быстро нагреваться или охлаждаться;

§ должно хорошо деформироваться;

§ должно быстро занимать или освобождать представленный ему объем.

Наиболее полно указанным требованиям удовлетворяют газы. Для упрощения математического аппарата при проведении расчетов в технической термодинамике, рассматривается идеальный газ.

Молекулы идеального газа обладают следующими свойствами:

— имеют исчезающе малый объем, то есть представляют собой материальные точки, обладающие одинаковыми массой и размерами;

— не вступают в химическое взаимодействие между собой;

— между молекулами отсутствуют силы притяжения и отталкивания;

— при взаимодействии ведут себя, как абсолютно упругие шары.

Состоянием т.д.с.- называется совокупность физических величин, характеризующих систему в данный момент времени. Физические величины т.д.с., не изменяющиеся в процессе ее взаимодействия с окружающей средой, называются константами системы, а изменяющиеся – ее параметрами. Различают равновесное и неравновесное состояние систем.

Состояние системы называется равновесным, если ее параметры одинаковы в каждой точке объема, в противном случае – неравновесным.

Тепловая машина, совершающая работу за счет получаемой извне теплоты, называется тепловым двигателем. Тепловая машина, в которой теплота переходит от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой за счет затрачиваемой извне энергией, называется холодильной машиной.

1.2. Рабочая P-v и тепловая T-S диаграммы

Теплота (Q , Дж) — вид энергии, обусловленной хаотическим движением частиц вещества и наличием разности температур.

Работа (L , Дж) — энергия, передаваемая от одного тела к другому в форме направленного движения.

Работа и теплота связаны между собой следующей зависимостью (первый закон термодинамики):

dQ = dU + dL — для M массы рабочего тела,

dq = du + dl — для единицы массы рабочего тела,

где du— относительное изменение внутренней энергии т.д.с., Дж/кг.

Равновесное состояние т.д.с.графически изображается точкой в трехмерной P-v-T и двумерной P-v диаграммах (v— удельный объем, м3/кг). Процесс взаимодействия т.д.с. с окружающей средой в таких диаграммах, как правило, представляется в виде кривой линии.

На практике в силу особенностей математического характера, обычно используется P-v диаграмма, рис.1.1.

Рис. 1.1.

Работа деформации:

=площадь v112v2, dv>0, dl>0; dv

Источник: https://studopedia.ru/8_174892_osnovi-tehnicheskoy-termodinamiki.html

Техническая термодинамика: основные понятия. Что изучает техническая термодинамика

Техническая термодинамика

Исследование взаимосвязи между энергией и энтропией — это то, что изучает техническая термодинамика. Она заключает в себе целый набор теорий, которые сопоставляют макроскопические свойства, поддающиеся измерению (температуру, давление и объем) с энергией и ее возможностью выполнения работы.

Введение

Понятия тепла и температуры являются наиболее фундаментальными для технической термодинамики. Ее можно назвать наукой обо всех явлениях, которые зависят от температуры и ее изменений.

В статистической физике, частью которой она сейчас является, это одна из великих теорий, на которых основано нынешнее понимание материи. Термодинамическая система определяется как количество вещества фиксированной массы и идентичности.

Все внешнее по отношению к ней является окружением, от которого она отделена границами. Применение технической термодинамики включает такие конструкции, как:

  • кондиционеры и холодильники;
  • турбонагнетатели и нагнетатели в автомобильных двигателях;
  • паровые турбины на электростанциях;
  • реактивные двигатели в самолетах.

Мразь – это ругательство или оружие? И то, и другое!

Тепло и температура

Канал ДНЕВНИК ПРОГРАММИСТА Жизнь программиста и интересные обзоры всего. , чтобы не пропустить новые видео.

У каждого человека есть интуитивное знание понятия температуры. Тело горячее или холодное, в зависимости от того, является ли его температура более или менее высокой. Но точное определение сложнее.

В классической технической термодинамике было дано определение абсолютной температуры тела. Оно привело к созданию кельвинского масштаба. Минимальная температура для всех тел — ноль Кельвина (-273,15°С).

Это абсолютный ноль, концепция которого впервые появилась в 1702 году благодаря французскому физику Гийому Амонтону.

Что такое учебное пособие: определение термина, краткое содержание

Тепло труднее определить. Техническая термодинамика истолковывает его как беспорядочную передачу энергии из системы во внешнюю среду.

Оно соответствует кинетической энергии молекул, движущихся и подвергающихся случайным ударам (броуновское движение).

Передаваемая энергия называется беспорядочной на микроскопическом уровне, в отличие от упорядоченной, выполненной через работу на макроскопическом уровне.

Состояние вещества

Состояние материи — это описание типа физической структуры, которую проявляет субстанция. Оно обладает свойствами, описывающими, как материал поддерживает свою структуру. Есть пять состояний материи:

  • газ;
  • жидкость;
  • твердое тело;
  • плазма;
  • сверхтекучее (самое редкое).

Многие вещества могут переходить между газовой, жидкой и твердой фазами. Плазма — это особое состояние вещества, такое как молния.

Тепловая емкость

Теплоемкость (С) представляет собой соотношение изменения теплоты (ΔQ, где греческий символ Дельта обозначает количество) к изменению температуры (ΔT):

C = Δ Q / Δ T.

Она показывает легкость, с которой вещество нагревается. Хороший термальный проводник имеет низкий показатель емкости. Сильный теплоизолятор обладает высокой теплоемкостью.

Терминология

Каждая наука имеет свой уникальный словарь. К основным понятиям технической термодинамики относятся:

  • Теплообмен — взаимный обмен температур между двумя веществами.
  • Микроскопический подход — изучение поведения каждого атома и молекулы (квантовая механика).
  • Макроскопический подход — наблюдение за общим поведением множества частиц.
  • Термодинамическая система — количество вещества или область в пространстве, выбранная для исследования.
  • Окружение — все внешние системы.
  • Кондукция — тепло передается через нагретое твердое тело.
  • Конвекция — нагретые частицы возвращают тепло другому веществу.
  • Излучение — нагрев передается через электромагнитные волны, например, от солнца.
  • Энтропия — в термодинамике является физической величиной, используемой для характеристики изотермического процесса.
  • Подробнее о науке

    Трактовка термодинамики как отдельной дисциплины физики не совсем верна. Она затрагивает практически все области. Без способности системы использовать внутреннюю энергию для выполнения работы физикам было бы нечего изучать. Также существуют несколько очень полезных сфер термодинамики:

  • Теплотехника. Изучает две возможности передачи энергии: работу и тепло. Связана с оценкой переноса энергии в рабочем веществе машины.
  • Криофизика (криогеника) — наука низких температур. Исследует физические свойства веществ в условиях, испытываемых даже в самом холодном регионе Земли. Примером этого является изучение сверхтекучих веществ.
  • Гидродинамика — изучение физических свойств жидкостей.
  • Физика высоких давлений. Исследует физические свойства веществ в системах чрезвычайно высоких давлений, связанных с динамикой жидкости.
  • Метеорология — научное изучение атмосферы, которое фокусируется на погодных процессах и прогнозировании.
  • Физика плазмы — исследование вещества в плазменном состоянии.
  • Нулевой закон

    Предмет и метод технической термодинамики — это экспериментальные наблюдения, записанные в виде законов. Нулевой закон термодинамики утверждает: когда два тела имеют равенство температуры с третьим, они в свою очередь имеют равенство температуры друг с другом.

    Например: один блок меди вводится в контакт с термометром до такого состояния, пока не будет установлено равенство температуры. Затем удаляется. Второй блок меди приводится в контакт с таким же термометром.

    Если при этом не происходит изменения уровня ртути, то можно сказать, что оба блока находятся в тепловом равновесии с термометром.

    Первый закон

    Этот закон гласит: поскольку система претерпевает изменение состояния, энергия может пересекать границу либо как тепло, либо как работа. Каждая из них может быть положительной или отрицательной. Чистое изменение энергии системы всегда равно чистой энергии, которая пересекает границу системы. Последняя может быть внутренней, кинетической или потенциальной.

    Второй закон

    Он используется для определения направления, в котором может происходить конкретный тепловой процесс.

    Этот закон термодинамики утверждает: невозможно создать устройство, которое работает в цикле и не производит никакого эффекта, кроме передачи тепла от тела с низкой температурой к более горячему телу.

    Его иногда называют законом энтропии, поскольку он вводит это важное свойство. Энтропия может рассматриваться как мера того, насколько система близка к равновесию или беспорядку.

    Тепловой процесс

    Система подвергается термодинамическому процессу, когда в ней происходит какое-то энергетическое изменение, обычно связанное с трансформацией давления, объема, температуры. Существует несколько специфических типов, обладающих особыми свойствами:

    • адиабатический — без теплообмена в системе;
    • изохорный — без изменения объема;
    • изобарный — без изменения давления;
    • изотермический — без изменения температуры.

    Обратимость

    Обратимым считается процесс, который, после того как состоялся, может быть отменен. Он не оставляет никаких изменений ни в системе, ни в окружающей среде. Чтобы быть обратимой, система должна находиться в равновесии. Существуют такие факторы, которые делают процесс необратимым. Например, трение и безудержное расширение.

    Применение

    Многие аспекты жизнедеятельности современного человечества построены на основах теплотехники. К ним относятся:

  • Все транспортные средства (автомобили, мотоциклы, тележки, корабли, самолеты и др.) работают на основании второго закона термодинамики и цикла Карно. Они могут использовать бензиновый или дизельный двигатель, но закон остается прежним.
  • Воздушные и газовые компрессоры, воздуходувки, вентиляторы работают на различном термодинамический цикле.
  • Теплообмен используется в испарителях, конденсаторах, радиаторах, охладителях, подогревателях.
  • Холодильники, морозильники, промышленные системы рефрижерации, все типы систем кондиционирования воздуха и тепловые насосы работают благодаря второму закону.
  • Техническая термодинамика включает также изучение различных типов электростанций: тепловые, атомные, гидроэлектростанции, на основе возобновляемых источников энергии (таких как солнечная, ветровая, геотермальная), приливов, волн и других.

    Источник

    Источник: https://1Ku.ru/obrazovanie/68832-tehnicheskaja-termodinamika-osnovnye-ponjatija-chto-izuchaet-tehnicheskaja-termodinamika/

    ����������� �������������

    Техническая термодинамика

    ������������� � ��� ������� ������, ��������� ������ �������������� ������� � �������� �������� �� �� ����� ���� � ������.

    ����������� ������������� ����� ����� ��������� ����������� ���������� �������� ��������� ������������� � ��������� �������������� �������� ������� � ������������ ������ ���, ��������, ������ � �������� ������� � ��� ���������� �������� ������� � ����������, ��������, ������������ � �. �. ��� ����� �������� ������������� ������ ������ �������� ����� � ��������� ��������� ������������� �� ������� ���������.

    ������� ���� � ��������� ��� ���������. ������ �������� ����� �������������� � �������������� ������� ������� � ��������������, ������� ���������� �������� ������.

    � �������� ������� ��� ������������, ��� �������, �������� � ������������ (������������) ���������.

    ���� � ���� ��� ������������ ������� ������� (����������� � ��������) ��������� ������������ ��������� ������ ������ � ������� ����� ��������� ��� ���������� ��� ������ ����������� ������� ������, ��� ������ � ������� ����, ������� ����������� ����������.

    ���������� �������� ���� ��� ���������� �������� ������� �������� � �����. ���� � ��� ���������� ��������, ����� ������� (��� ������) �������� ����� ���������� ������ � 0,012 �� (12 �) �������� -12.

    � ������������� ������ ������������ ����� ������� ������� �������� (1 �����=10 �3 ����). �������� (���������-��������) � ��� ���������� ��������, ����� �������� � ����������� �������� ����� ��� �������������� ������������� ����.

    � ������ �������, ����� ������ �������� �������� ���������� �������� ������ (��/�����) ����� �������� �.

    �������� ����� �������� 2 ��/�����, ��������� 32 ��/����� � �. �.

    ���� ������� ���� ����� ���������� � �����, ������� ���������� �������� � �����������, �� �� ��������� ������������ ������� � ������� ���� �� ����� ��� ������ ����������� ����� �� �� �������� �������� � �����������.

    � ���������� ��������� �������� ���� ����� ����������, ���� �� ��������� ��������� ������� �����. ������� ���� � ���� ������ ��������� � ����������������� ���������� � ���������� ��� ������.

    ��� ������������� ��������� ��������� �������� ���� �� ������ ����������� � ������ �������� � ����� �� ��� �������� � �����������.

    ����� �������, ���������� ��������� �������� ���� � ����������������� ���������� ������������ ����� ������������������ ����������� ���������: ������������, ��������� � �������� ������� (��� ����������). ���������� ��������, ��� ������ ����������� �������� �� ������ ����������� � ��������, � ������ ���������� �� ��������.

    ���������� ����������� � ������ ���������� ��������� ��������� ����, ��� ���������� � ��������� (�). �������� ���������� ����� ���������� � ��������� ��� � �������� ������� (1�=1°�). ���������� �������� ���� ���������� � �. 2.1 [��. ������� (2.11) ]. ��� �� ���� ���� � ������� ��������� ������ [��. ������� (2.4)].

    ����������� ���� /(�, V, �) = 0, ����������� ��������� ���������, ���������� � ������������� ���������� ���������.

    ��������� ���. �������� ������� ���� �������� ����� ����� ������� � ����� ���������� ������, ��� ��������� ������ �� ������� ���������. ��� ����������� �������� ����� ��������� ��������� ��-

    ����� ��� � ��������� ��������� � ������ ������� ������� ���������� ����. ��������� ��� � ������� �� �������� ���������� ����������� ��� �������������� ����� ����������. ���� �� �������� ��������� �� ����������� ������.

    �������� ������ ��������� �����. ��� ������ (���, ��� �� ������ �������� � ������, ������� ������) ����������� ������� ���� ������� ������ � ������� ������� � �� �������. ��� �� ������ �������� XVII ���� ������ ����������� ������� ����� (1661 �.) � ���������� �� ���� ����������� ����� ��������� ������������ ���� �������� (1676 �.

    ) �� ������� �������� ���� �� ������ ���������������, �������� �����. ����� ��� ����� ��� ��� �������� ��� ����� (1787 �.), ����� ��� ���-������ (1802 �.) � ��������� ������ �������� (1802 �.

    ) �������� ��� ������ �����������, ������� ��������� � ������� ������� ������� � ������� ������������� ���������, ������������ �������� � ��������� ��������� �����.

    �������� �� �������, ���� � ����, ��� ����� ��������� �������� ����� (��� ������������ ������ ��������� � ���������� ������� ������������) ����� ������������ ����� ���������������� ���������� ����.

    ����� ����� � ��������. ��� ���������� ����������� �������� ������ ���� ������� ��������������� ��� ���������, ���, ����� �������, ������������ �������� �� �������� ����� ���� �������� ��� ������� ���� ���������� (��� ���������� �����������). ����� �������, �\�\ = ���, ��� ��� � = ����1

    pv = cox\sX. (3.1)

    ����� ���-�������. ��� ���������� �������� �������� ������ ���������� ���� ����� ��������������� ��� ���������� ������������: �\/�2 = �{/�2, ��� ��� � = ����!

    �/� = ����(. (3.2)

    ����� �����. ��� ���������� �������� ������ ���������� �������� ���������� ���� ����� ��������������� ��� ���������� ������������: �\/�2 = �\/�

    Источник: http://scbist.com/scb/uploaded/teplovozy/page_9.html

    1.1. Термодинамика: предмет изучения и основные определения — Техническая термодинамика

    Техническая термодинамика

     Предметом изучения дисциплины является также принцип действия различных тепловых машин и устройств. Поясним отличия между последними. В тепловом устройстве происходит преобразование теплоты в другой вид энергии или наоборот. Термин тепловая машина уместен только в том случае, если в цепочке преобразования энергии имеет место механическая работа.

    Например, бытовой электрообогреватель, электрический утюг, топка котла – это тепловые устройства. В них электрическая энергия (обогреватель, утюг) или химическая энергия топлива (топка) преобразуется в тепловую. А двигатель внутреннего сгорания (ДВС), холодильная установка, компрессор – примеры тепловых машин.

    В теплотехнике принято считать, что прямое преобразование – это преобразование теплоты в механическую работу. В наших примерах в ДВС происходит прямое преобразование (сначала химическая энергия топлива преобразуется в теплоту, а затем теплота – в механическую работу). Такие тепловые машины называют тепловыми двигателями.

    В холодильной установке первоначально, как правило, затрачивается электрическая энергия, которая нужна для питания электродвигателя компрессора, т.е. получения механической работы, которая в свою очередь расходуется на перенос теплоты от тел с низкой температурой (предметов в холодильной камере) к телам с высокой температурой (к окружающей среде).

    Подчеркнём, что такое направление теплообмена (от холодных тел к горячим) возможно только с затратой энергии. Действительно, самопроизвольный процесс теплообмена протекает всегда в ином направлении: от тел с большей температурой к телам с меньшей температурой, и является предметом изучения для дисциплины «Теплопередача».

    Другой пример тепловой машины с обратным преобразованием энергии – компрессор, в которой механическая энергия затрачивается для получения сжатого газа, что сопровождается увеличением его внутренней энергии (теплоты).

    Завершая разговор о предмете изучения нашей дисциплины, подчеркнём, что термодинамика не изучает конструкцию и устройство тепловых машин. Последнее является предметом изучения более общей науки, которая называется теплотехникой. Термодинамика и теплопередача являются её теоретическими основами и составными частями. Изучив термодинамику, вы:

    — получите представление о принципах действия тепловых машин;

    — узнаете законы, на которых эти принципы базируются;

    — научитесь выполнять расчеты по определению параметров рабочих тел тепловых машин и параметров их энергетической эффективности.

    Термодинамика является общеинженерной дисциплиной, целью которой является подготовка вас к изучению специальных дисциплин по выбранной специальности.

     МКТ газов базируется на трёх постулатах.

    Первый постулат.Мельчайшей частицей газа является молекула. Наверняка, кто-то готов сейчасвозразить! Действительно, а как же атомы, электроны и др.

    элементарные частицы,давно известные физикам? Никакого противоречия здесь нет, ведь это теория,строящая упрощённую модель действительности. В рамках этой теории не важно, чтомолекулы можно разбить на более мелкие частицы, т.к.

    многие сложные процессы сгазом объясняются и рассчитываются без учета действительного строения вещества.Для термодинамики газ это множество частичек (молекул) и пустота между ними.

    Второй постулат.Молекулы находятся в непрерывном движении, которое мы будем называть тепловым.Интенсивность движения молекул зависит только от температуры: чем большетемпература, тем быстрее движутся молекулы. Если при нагревании газа еготемпература увеличивается, значит молекулы стали двигаться быстрее.

    И,наоборот, если каким-то иным образом разогнать молекулы газа, то температурагаза тоже увеличится. Таким образом, температура является мерой интенсивностидвижения мельчайших частиц вещества. Возможно, это не совсем соответствуетвашему представлению о температуре: обычно мы воспринимаем температуру как меруоценки степени нагрева тела.

    При этом используя понятия «горячо» и «холодно» мыфактически опираемся на бытовые знания о том, что температура тела определяет направлениетеплообмена и его интенсивность. И это правильно! Но это лишь одна (первая)сторона понятия, которая пригодится нам при изучении теплопередачи.

    С позицийтермодинамики, нам будет важнее второе представление о температуре, как мереинтенсивности движения частиц. Очевидно, что сопоставляя температуру со среднейскоростью молекул газа, удобной будет шкала отсчета температуры, в которой нулю(минимально возможной температуре) соответствуют молекулы с нулевой скоростью,т.е. неподвижные.

    Такой (абсолютной) шкалой является шкала Кельвина, началомотсчета которой и является абсолютный ноль T=0К (t=-273,15oC)

    Третий постулат.  Между молекулами существуют силывзаимодействия (притяжения). Как и в макромире, величина этих сил зависит отмассы взаимодействующих тел (молекул) и расстояния между ними.

    Page 3

    Обратимся ещё раз к третьему положению МКТ газов, утверждающему о наличии сил взаимодействия между молекулами. Задумаемся о величине этих сил для известных нам, окружающих нас газов.

    Простой опыт, например, углекислым газом, выпущенным из баллончика в помещении, заставит усомниться нас в том, что эти силы существуют: ведь если молекулы притягиваются друг к другу, то газ должен был остаться в том месте комнаты, где был открыт баллончик.

    На практике мы наблюдаем, что этот газ легко занимает весь предоставленный ему объём. Похоже, что если упомянутые силы и существуют, то в нашем примере они ничтожно малы. И это верное заключение. Действительно, для большинства газов можно пренебречь этими силами.

    Они также «велики», как и силы притяжения между нами и партами в аудитории: навряд ли эти силы удержат вас после звонка…

    Теперь попробуем сжать атмосферный воздух, воспользовавшись цилиндром с подвижным поршнем. Хоть и с трудом, но нам, скорее всего, удастся сжать его так, что поршень коснётся крышки цилиндра. Это повод задуматься о размерах молекул! Помня о первом постулате МКТ газов, мы должны понимать, что при сжатии мы уплотняем молекулы, сокращая расстояние между ними. Минимально возможным объёмом должен быть объём, который занимают сами молекулы газа. И наш опыт показывает, что этот объём стремится к нулю. Если попробовать повторить этот опыт с водяным паром, то выяснится, что при сжатии начнет образовываться конденсат (вода), вплоть до полного перехода пара в жидкость, которая и не позволит нам уменьшить объём до нулевого размера. Но это особый случай. Большинство же газов при обычных температурах и давлениях дают нам повод полагать, что их молекулы имеют ничтожно малые размеры и силы взаимодействия между ними также ничтожны. Такие газы и называют идеальными, ну а остальные газы будем называть – реальными. Итак, идеальный газ – это газ, для которого можно пренебречь силами взаимодействия между молекулами и размерами (объёмом) молекул. Далее, за исключением особых разделов курса, будем рассматривать, преимущественно, идеальный газ. Примерами реальных газов являются пары жидкостей. Позднее, изучив раздел, посвященный реальным газам, мы вернёмся к введенной здесь терминологии, добавив и уточнив введенные определения. Пока же, достаточно и такого представления об идеальном и реальном газах.

     Следующий раздел —>

    Источник: https://www.sites.google.com/site/lecturesthmd/home/lecture1/01

    Booksm
    Добавить комментарий