2.2 Термодинаміка, як загальне вчення про енергетику

При підготовці фахівців з низькотемпературної техніки необхідно забезпечити міцний зв’язок між курсом технічної термодинаміки й спеціальних дисциплін з основ холодильної техніки.

У холодильних установках здійснюється відведення енергії у формі тепла від об’єктів з відносно низькою температурою до теплоприймачів з більш високою температурою. Таке перетворення, назване в техніці підвищенням потенціалу тепла, не може, як свідчить термодинаміка, проходити мимовільно. Для підвищення потенціалу тепла необхідна витрата зовнішньої енергії того або іншого виду: електричної, механіч- ної, хімічної й ін. Установки, що виробляють холод, з кожним роком стають все більшими споживачами енергії. А зважаючи на те, що енергетичний баланс країни залежить не тільки від економічності вироблення енергії, але й від технічного рівня її використання, то, знання законів перетворення енергії (що вивчає тільки термодинаміка) зіграє значну роль в удосконаленні роботи низькотемпературної техніки.

Сучасна термодинаміка розглядає процеси, що відбуваються в природі, з погляду трансформації різних видів енергії в теплову, хоча історично термодинаміка виникла й розвивалася як наука про тепловий двигун, тобто вивчала процеси взаємного перетворення теплоти в різних теплових машинах, а також властивості тіл, які беруть участь у цих процесах. Швидше за все термодинаміку можна розглядати як загальне вчення про енергетику [3, 4, 9-13].

Фізичні явища й процеси, пов’язані з одержанням, передачею, перетворенням енергії в різних формах, незмінно привертають увагу фі-

зиків, хіміків, енергетиків та безпосередньо торкаються кожної людини. Особливої актуальності ці питання набули в останні роки, коли потреба в енергії для подальшого науково-технічного прогресу продовжує зрос- тати, а потенційні запаси традиційних джерел енергії виявляються до- сить обмеженими. Одночасно постають завдання максимально дбали- вого ставлення до навколишнього середовища, обліку екологічних обмежень і вимог при обґрунтуванні та виборі технічних рішень.

Щодо тієї ролі, яку відіграє енергетика, академік Г.М.Кржижа- новський сказав, що енергетика держави характеризує її працездатність, а це значить, що немає такої галузі людської діяльності, виробничих та побутових процесів, у яких впливовим фактором не було б те, що зветься енергетикою. Таким чином, енергетика – це вчення про ціле- спрямоване й раціональне ведіння практичних процесів перетворення енергії в інтересах суспільства. У зв’язку з цим для дуже широкого кола фахівців, зайнятих у народному господарстві, та студентів, майже всіх технічних спеціальностей, стає актуальним свідоме розуміння фізичних основ сучасної енергетики – насамперед основ термодинаміки – та вміння вільно володіти ними.

Джон Фен [13] у книзі “Машини, енергія, ентропія” відзначив справедливість наступних переконань: кожна широко освічена людина повинна мати деяке поняття про закони термодинаміки; будь-яка людина, що навіть не має ніякої підготовки в галузі математики й природничих наук, може, витративши порівняно небагато зусиль, зрозуміти ці закони. Кожна людина повинна розуміти, що обертає колеса автомобіля, який привіз його в театр, - це не менш важливо, ніж розуміти п’єсу Шекспіра.

З вищевикладеного випливає основне завдання термодинаміки, а саме, вивчення насамперед тих умов, при дотриманні яких перетворення одних видів енергії в інші здійснюється найбільш раціонально. Необ- хідно відзначити, що в термодинаміці основними видами енергії є теп- лота й робота, що підтверджується значенням самого терміна “ термодинаміка”.

Слово “термодинаміка” грецького походження: “терме” означає тепло, жар, вогонь, “динамікос” – силу, рух, а все разом – “рушійну силу тепла”. Сам термін термодинаміка з’явився в статті В. Томсона в 1845 році, що означало “теплота – робота”[14].

Вільям Томсон (згодом лорд Кельвін) народився в Белфасті у 1824 році. У 22 роки одержав кафедру фізики в університеті у Глазго й очолював цю кафедру 53 роки. У 1892 р. він одержав титул лорда Кельвіна (Кельвін – назва річки, що протікає поблизу університету Глазго, з яким було зв’язано майже все життя Томсона; його біографи припускають, що він сам придумав це ім’я). Кількість робіт Томсона надзвичайно велика. Йому належать грунтовні роботи в галузі елект- рики, він є одним із засновників другого початку термодинаміки. Він ввів поняття абсолютної температури й виконав ряд найцікавіших робіт в галузі теорії світла. Визначною рисою Томсона-Кельвіна є сполучення теорії й практики. Довгий час він був членом Глазгівської міської ради, де займався винятково технічними питаннями удосконалення водо- проводу й каналізації.

Таким чином, термодинаміка як загальне вчення про енергію є фундаментальною загальноінженерною наукою. Перетворення енергії визначає основне завдання галузі науки, названої енергетикою, до якої належить й виробництво холоду.

Найважливішими взаємозалежними поняттями термодинаміки є енергія, теплота й робота.