1. Основные понятия термодинамики. Нулевое начало термодинамики. Предмет технической термодинамики.

Основные понятия. Термодинамика – теория макроскопических процессов, сопровождаемых превращениями энергии. Термодинамическая (макроскопическая) система представляет собой большое число (N  6ּ10²³ – число Авагадро) взаимодействующих друг с другом и внешними полями частиц. Ряд термодинамических параметров, например энергия, давление имеют механическое происхождение; некоторые другие, например температура, энтропия, химический потенциал – специфические термодинамические параметры.

Нулевое начало термодинамики. Одно из исходных положений термодинамики: «Изолированная макроскопическая система с течением времени приходит в состояние термодинамического равновесия и выйти из него самопроизвольно не может». Основные свойства термодинамического равновесия.

а). Состояние термодинамического равновесия – динамическое (подвижное) состояние в отличие от равновесного состояния в механике. При этом в системе отсутствуют макроскопические потоки любого вида.

б). Транзитивность. Если две системы A и B находятся в равновесии (записывается как A ~ B) и B ~ C , то A ~ C. Т.е. у всех систем в равновесии должны быть общими определенные параметры. Главной характеристикой состояния равновесия является температура – одинаковая для всех систем, находящихся в равновесии. Таким образом из транзитивности термодинамических систем в равновесии друг с другом вытекает существование температуры. Часто именно данное свойство называют нулевым началом термодинамики.

Техническая термодинамика изучает закономерности превращения энергии в тепловых двигателях, холодильных машинах и других технических устройствах. Это относительно узкий круг вопросов, связанных с термомеханической системой (сжатие и расширение газа, фазовые переходы). Особое место в ТТ занимает раздел «Термодинамика потока», изучающий преобразование энергии в потоке сплошной среды. ТТ, как правило, опирается на методы равновесной термодинамики.

2. Понятия об энергии, расходе энергии, удельной энергии, работе, теплоте, рабочем теле, термодинамической системе: открытая и закрытая, адиабатная, изолированная, окружающая среда.

Объекты термодинамики (газ, пар, твердые вещества и т. п.), обменивающиеся энергией называют рабочими телами. Термодинамическая система – совокупность рабочих тел, обменивающихся энергией друг с другом и (или) с окружающей средой. Как правило предполагается, что за время функционирования термодинамической системы компоненты окружающей среды находятся в равновесии и не зависят от параметров рассматриваемой системы.

Системы бывают 1) открытые, 2) изолированные, 3) закрытые, 4) адиабатические. 1) – обмениваются веществом с другими системами и окружающей средой. 2). Ничем не обмениваются с другими системами и окружающей средой. 3). Не обмениваются веществом с другими системами и окружающей средой. 4). Теплоизолированные системы. Не обмениваются теплотой с другими системами и окружающей средой.

Термодинамика подразделяется на равновесную и неравновесную.

3. Термодинамические параметры состояния рабочего тела и их функции. Определение их по таблицам и диаграммам.

Термодинамические параметры состояния и их функции.

При делении системы пребывающей в равновесии на части равновесие не нарушается. Имеется только два класса термодинамических величин.

1. Если значение термодинамической величины при делении системы на части ведет себя так:

F_общ = F₁ + F₂ ,

то такую величину называют экстенсивной. Примеры: число частиц N , объем тела V . Экстенсивная величина пропорциональна числу частиц в системе.

2. Если значение термодинамической величины при делении системы сохраняется для каждой ее части

f_общ = f₁ = f₂ ,

то такую величину называют интенсивной. Интенсивная величина не зависит от числа частиц в системе. Таким образом равновесное состояние однородной системы является внутренним свойством, определяемым интенсивными параметрами. Примеры: температура T, давление p , химический потенциал  .

Основные параметры: T – ^K (t – ^C), p – Па, удельный объем v = 1/ ,  –кг/м³, удельные внутренняя энергия u – Дж/кг, энтальпия h – Дж/(кгград), энтропия s – Дж/(кгград). Имеют место формулы

h = u + pv ,

где температура T₀ соответствует началу отсчета энтропии, T – температура рабочего тела, q – приращение тепловой формы энергии в процессе. Последнее равенство – одна из формулировок второго начала термодинамики, определяющего энтропию как функцию состояния системы для обратимых процессов, определение которых будет дано позже.

Отметим, что переход к удельным величинам для экстенсивных параметров превращает их в интенсивные. Это удобно при составлении таблиц свойств и диаграмм для состояния систем, но в некоторых случаях различие интенсивных и экстенсивных переменных существенно.

Для систем типа газа состояние термодинамического равновесия может быть полностью охарактеризовано заданием двух параметров (напр. p и T). Любой третий параметр будет определенной функцией их. В частности, уравнение состояния идеального газа (Менделеева-Клапейрона) имеет вид

pv = RT ,

где R = R_/ , R_ = 8314 Дж/(кмольград) – удельная газовая постоянная,  – молекулярный вес. Данное уравнение называют термическим уравнением состояния идеального газа. Оно представляет собой поверхность (термодинамическую) в трехмерном пространстве p , v , T . В термодинамике вводится еще калорическое уравнение состояния. Термодинамическая система считается заданной, если наряду с ним известно еще термическое(ие) уравнение состояния. Для идеального газа калорическое уравнение формулируется как независимость внутренней энергии газа от его объема. В рамках термодинамики уравнения состояния (которых может быть несколько) считаются заданными (либо эмпирически, либо определяются методами статистической физики) при формулировке ТС.

4. Сухой насыщенный пар. Линия насыщения. Влажный пар, определение параметров влажного пара, степень сухости влажного пара. Перегретый пар.

Сухой насыщенный пар, влажный пар, перегретый пар. Степень сухости.

Пар это газ, верхний предел рабочих температур которого ниже критической температуры сжижения t_к (Гост). Влажный пар – термодинамическая система, состоящая из насыщенной жидкости и сухого насыщенного пара.

Рис. 4. (его тут и не было)

Степень сухости влажного пара определяется формулой (m^ – масса сухого насыщенного пара, m^ – масса насыщенной жидкости)

x = m^/(m^ + m^) , 0  x  1 ,

т. е. x – массовая доля сухого насыщенного пара во влажном. Удельный объем влажного пара определяется зависимостью

v = xv^ + (1 – x)v^ .

Аналогичным образом определяются и другие экстенсивные характеристики влажного пара.

5. Первый закон термодинамики для рабочего тела, находящегося в относительном покое. Работа расширения (сжатия), работа проталкивания, располагаемая работа.

Учебник страница 16-18

6. Реальные вещества. Агрегатные состояния. Тройная точка. Критическая точка.