Раздел I. Основы технической Термодинамики

Тема 1.1 Основные понятия и определения.

Термодинамика – наука, изучающая законы теплового движения (термо) и его преобразования (динамика) в другие виды движения, которые происходят в тепловых двигателях и тепловых машинах, а также свойства тел, которые участвуют в этих преобразованиях.

Различают техническую и химическую термодинамику, а также термодинамику биологических систем. Техническая термодинамика изучает закономерности взаимного преобразования теплоты и работы. А также особенности тел, которые берут участие в эти преобразованиях, и тепловые процессы, которые проистекают в различных аппарата и установках, тепловых и холодильных машинах.

Термодинамика возникла из потребностей теплотехники. Применение с 19 века тепловых двигателей выдвинуло перед наукой задачу теоретического изучения работы тепловых машин и определение путей повышения их коэффициента полезного действия. Позднее задачи термодинамики стали более широкими, и область ее изучения распространилась на разные области технических, биологических, информационных и других систем. На основе технической термодинамики производятся расчеты и проектирование тепловых двигателей, компрессорных машин, холодильных установок, движение в воздухе и паропроводах, воздухообмена в помещениях, кондиционирование воздуха, сушка и сохранение сельскохозяйственных продуктов.

Термодинамика позволяет производить анализ всех этапов реального преобразования энергии тел в полезную работу.

Основываясь на положении равновесной термодинамики, можно охарактеризовать особенности возможных состояний равновесия и общий энергетический эффект равновесия. Термодинамика необратимых процессов.

Тепловое движение обусловлено движением и взаимодействием между собой большого количества микрочастиц. Известны два метода изучения тепловой формы движения материи. Метод статистической физики основывается на молекулярной модели физических систем и использует возможности математической теории вероятности. Термодинамический метод, который называется феноменологическим, устанавливает связь между макроскопическими параметрами, которые определяют изменения состояния систем и не требует обращения к молекулярной структуре вещества. Такой подход очень удобный и полностью достаточный для решения большинства практически важных задач.

Термодинамика базируется на двух основных опытных положениях, называемых первым и вторым законами термодинамики.

Первый закон термодинамики устанавливает количественное соотношение в процессах взаимного преобразования теплоты и работы, является частным случаем закона сохранения и превращения энергии.

Второй закон термодинамики характеризует направления макроскопических процессов в природе и отличает качественное отличие теплоты от других форм энергии, устанавливает условия, при которых может происходить непрерывное преобразование теплоты в работу, и указывает наивыгоднейшие его пути.

Термодинамическая система

Объектами изучения в термодинамике являются различные термодинамические системы.

Термодинамической системой называется совокупность материальных тел, находящихся в энергетическом взаимодействии между собой и окружающей средой. В качестве термодинамической системы может рассматриваться также отдельно взятое макротело (тело, состоящее из множества микрочастиц).

Систему, которая не обменивается веществом и энергией с окружающей средой, называют изолированной (закрытой). Если система не обменивается с окружающей средой теплотой, ее называют теплоизолированной или адиабатной. Открытые системы характерны тем, что между ними и окружающей средой осуществляется обмен веществом (массообменное взаимодействие).

Термодинамическая система состоит из: рабочего тела (РТ), источника теплоты (ИТ) и объекта работы (ОР).

Рабочие тела – тела, которые при преобразовании теплоты и работы в тепловых двигателях и машинах значительно изменяют свой объем. Рабочими телами, как правило, являются газообразные вещества – газы и пары.

Рабочее тело в тепловой машине получает или отдает теплоту, взаимодействуя с более нагретыми или более холодными внешними телами, называемыми источниками теплоты.

Тело, которое отдает теплоту рабочему телу и при этом не изменяет свою температуру, называется верхним источником теплоты (ВИТ). Тело, которое получает теплоту от рабочего тела и при этом не изменяет свою температуру, называется нижним источником теплоты (НИТ).