1. Понятие термодинамической системы и окружающей среды.

В основу термодинамики положены законы или начала, обобщающие большой объём опытных данных.

Термодинамика использует феномологический метод. При таком подходе к анализу преобразования энергии термодинамические системы рассматриваются как целое без учёта особенностей структуры в-в.

Термодинамика опирается на основной фундаментальный закон природы – закон сохранения энергии. Применение этого закона к термодин. системам позволяет определить количественные хар-ки процессов взаимного преобразовния рзличных форм движения или видов энергии.

(1)

(1)- первый закон термодинам в общем виде, где U-внутр энергия термод. сис-мы, Дж., -колич мера взаимод термодинам сис-мы с окруж средой.

Например при теплом взаимодействии Q обозн кол-во теплоты, полученной или отданной системе.

Термодинамич системой называют мат тело, часть тела , или совокупность тел, св-ва кот являются объектом термодин исследования.

Все остальные тела, не вошедшие понятие системы, но взаимодействующие с ней объед. понятием окруж или внешней среды.

В се термодин поцессы связаны с изменением состояния термодин системы, причиной кот. явл взаимод системы с окруж средой.

-внутр и внеш потенц сред.

Система может участвовать след процессах(взаимод):тепловое, электрич, механич, химич, электромагн и тд. Всегда взаимодействие проявл в виде обмена энергией и в-вом между системой и окр средой.

Различют открытые и закрытые системы. Если с-ма обменивается и энергией и в-вом, то она назыв открытой, если только энергией, то закрытой.

А диабатная система- теплоизол с-ма. В технич термодинам наиб интерес представляют газообр тела, для кот возможны 2 вида взаимодействия: термическое и механич. Обмен энергией таких систем происх в 2х формах: в форме теплоты и мех работы. L – работа , Q-теплота,

Процессы в реакт двиг ТС представлена смесью газов, или продуктов сгорания на окончательном этапе.

В паровых, паротур, паросиловых, атомных, или тепловых стнциях ТС служит водяной пар. В холод и креагенных ТС предст хладой (аммиак для пром уст).

Объектом иссл в термодинамике явл ТС,Ю изменение её состояния и св-ва системы.

Различают однородные и неоднородные системы. Однородной назыв система, физич св-ва кот во всех частях одинаковы. При этом, пар-ры системы также одинаковы во всех точках системы. Если система не взаимодействует с окруж средой, то она назыв изолировнной.

Различают понятие равновесного и неравновесного состояния ТС. Под равновесным понимают состояние , кот приходит систем при пост внешних условиях, характеризующихся неизменностью во времени термодин пар-ров при отсутствии в ней потоков в-ва и теплоты. При неравновесной понимают сост системы, в кот отсутствует равновесие.

С -мы могут быть стационарными и нестационарными. Для стационарных систем хар-на неизменяемость их параметровво времени. Нестационарные с-мы – с-мы, состояние кот , и параметры кот контролируют их состояние изменяются во времени, т.е. явл ф-цией времени.

То1-нач тем-ра 1го тела

То2- нач тем-ра 2го тела

Тос-тем-ра окруж среды

Расчёт изменения состояния ТС обычно ведётся для одинаковых условий к нормальным физич условиям, кот состоя в след: Т при н.у.= 0 С, р при н.у.=1333Па, 560 мм рт ст

Нормальные прктические или технич условия составл: Т=20 С, р=735,6 мм рт ст ,1 мм рт ст=133,322Па

В технич термодинамике, ТС представлены газообр раб телом, например: смесь топлива и воздуха в двиг внутр сгорания топлива и водяной пар в паротурб уст-ках на ТЭС или АЭС и ЯЭУ(яд энерг уст)

Простейшей моделью газообр раб тел ял идеальный газ. При малой плотности и высоких тем-рах св-ва реальных газов приближаются к св-вам идельного газа, что позволяет использовать эту модель ид газа в термодин расчётах, циклов тепловых двигателей

(1) -ур-ние Клапейрона

(1)-ур-ние идеального газа. p-давление газа, v- удельный объём, R-газовая постоянная, T- термодин с-ма [1K]

(1*) - Ур Менд–Клап

, R=8,314 Дж/моль*К

(2) - ур-ние Вандерваальса

-поправка, учитывающая силы взаимодеиствия между молекулами

-поправка, учит объём молекул.

В ур-нии (1) силы взаимод не учит исчит, что они имеют упругий характер

2. Термодинамические параметры состояния. Расчет этих параметров в термодинамических процессах.

Состояния ТС изменяются при ее взаимодействии с ОС. Например, при теплообмене, воздействия на систему давления и др. физ. полей. В результате такого взаимодействия происходят изменения физ. свойств. Макроскопические величины, характеризующие состояние ТС, назыв. терм-кими параметрами состояния.

Давление – в СИ – [Па]- давление вызываемое силой в 1Н равномерно распределенной по нормальной поверхности площадью в 1 м^2. Давление характеризуется средней кинет. энергией поступ. движения молекул и представляется как результатударов молекул о стнки сосуда. Различают абсолютное, избыточное и вакуумметрическое давление. Абс давление отсчитывется от абс значения давления. Для его измерения используют барометры, вакуумметры, манометры.

1 бар=10^5Па; 1 мм рт ст=133.322 Па; |ата-ати|=1ат

Удельный объем – терм параметр, определяемый отношением объема системы к ее массе. Си [V], м^3; [v]=V/m, м^3/кг. Величина, обратная удельному объему, назыв. плотностью.

Температура – характеризует степень нагретости тела и интенсивность молекулярного теплового движения. Является мерой средней кинет энергией молекул. Изменение кинет энергии молекул сопоставляется с изменением температуры и регестрируется термометрич. Приборами. На практике температура может быть измерена на основе различн физ явлений К ним относятся:

1. температурное расширение жидких, твердых и газообразных тел в процессе нагревания

2. по термоэлектродвижущей силе, термоЭДС, датчиками служат термопары

3. по изменеию в спектрах излучения, датчиками явл бесконтактные лазерные датчики

В Си [К]: 1К=1/273.16 T

Энтропия – ф-я состояния термодинамич сис-мы, определяемая тем, что дифференциал (dS) при элементарном равновесии (обратимом), происходящем в сис-ме, равен отношению бесконечно малого кол-ва теплоты, сообщенной системы, к термодинамич температуре системы dS=dQ/T. Энтропия не может быть измерена физ. приборами. Энтропия определяется только нач и конечными состояниями системы и не зависит от промежуточных состояний. В Расчетах термодинамич процессах и циклах тепловых двигателей интерес представляет не абс значение, а ее изменение: . При равновесных взаимодействий в обратимых процессах энтропия ведет себя след. образом: при подводе теплоты энтропия возрастает, при отводе – убывает. В замкнутых круговых процессах энтропия остается неизменной. В реальных процессах энтропия всегда возрастает.

3. Термодинамические функции состояния.

К ф-ям относят внутреннюю энергию системы и энтальпию.

1. Внутренняя энергия. Энергия – общая количественная мера различных форм движения материи. Для совокупности всех взаимодействующих тел энергия остается постоянной. Материальные объекты, выделенные в кач-ве ТС характеризуются запасом энергии, которая представляет собой внутреннюю энергию системы (U,Дж;u, Дж/кг). Совокупность энергий теплового движения всех макроскопических частиц сис-мы и э-я их взаимодействий составляет внутреннюю энергию сис-мы. В расчетах обычно определяют изменение внутренней э-ии при переходе сис-мы из нач состяния в конечное. Внутренняя эн-яя явл однозначной ф-ей состояния:

2. Энтальпия – явл ф-ей состояния ТС (H(I), Дж) она равна алгебраической сумме внутренней энергии сис-мы и произведения давления на объем сис-мы H=U+pv. Она представляет собой энергию расширенной сис-мы рабочего тела и ОС. Второе слагаемое pV – потенциальная энергия давления ОС. В процессах движения газа по каналам энтальпия равна изменению кинет э-ии потока. dh=c_pdT;