Теплотехика. Лекция 1.Основные понятия термодинамики. Смеси газов. Теплоёмкость. Термодинамика и тепломассообмен

Бадах Вячеслав Фёдорович весна 2013.

1.Основные понятия и определения

Термодинамика (от греческого thermos - тёплый, и dynamikos - сильный) рассматривает закономерности взаимного превращения двух форм существования энергии: в виде работы и в виде теплоты. Она устанавливает взаимосвязь между тепловыми, механическими и химическими процессами, которые совершаются в тепловых и холодильных машинах.

Объектом исследования является термодинамическая система - совокупность макроскопических тел, обменивающиеся энергией друг с другом и окружающей средой.

Всё, что находится вне системы, называется окружающей средой.

Например: термодинамическая система – газ, находящейся в цилиндре с поршнем, а окружающая среда – цилиндр, поршень, воздух, стены помещения.

В тепловых машинах (двигателях) механическая работа совершается с помощью рабочих тел – газ, пар.

1.1.Рабочие тела, их свойства и характеристики.

Под рабочим телом понимают вещество, с помощью которого в тепловых машинах реализуются рабочие процессы: превращение теплоты в работу в тепловых двигателях, перенос теплоты в холодильниках, нагревателях и теплообменниках.

Рассмотрим вначале свойства газов на микроскопическом уровне: атомистическую и молекулярно-кинетическую теории.

Атомистическая теория зародилась ещё в Древней Греции. Демокрит считал, что материя состоит из мельчайших неделимых частиц-атомов (неделимый). В окончательном виде атомистическая теория была сформулирована в 1807 г. школьным учителем из Англии Джоном Дальтоном (1766-1844). (Он же описал дефект цветного зрения, названный дальтонизмом):

1.Каждый элемент состоит из чрезвычайно мелких частиц – атомов.

2.Все атомы одного элемента одинаковы.

3.Атомы разных элементов обладают различными свойствами.

4.В результате химических реакций атомы не создаются и не разрушаются.

5.Соединения образуются в результате комбинации атомов двух и более элементов.

6.В данном соединении относительное количество атомов разных элементов и сами эти элементы постоянны.

Эта теория представляет строение мира следующим образом:

- атомы являются основными структурными единицами материи;

- все вещества построены из молекул, представляющих прочно связанные атомы.

Атомная масса элемента – безразмерная величина, равная отношению массы его атома к 1/12 массы изотопа углерода ¹²С.

Водород H 1;

Углерод C 12;

Азот N 14;

Кислород O 16

Аргон Ar 40.

Макроскопические тела состоят из огромного количества молекул, поэтому удобно количество вещества измерять не дюжинами, сотнями, миллионами, а молями.

Мера измерения количества вещества - моль. 1 моль = 6,02210²³ штук молекул.

Число Авагадро N_А= 6,02210²³ - число молекул в одном моле любого вещества.

Это очень большое число. Если бы каждая из молекул, составляющих 1 моль водорода (масса 2 г), превратилась в песчинку, то они покрыли бы Землю слоем в 1 метр.

Молярная масса вещества – масса одного моля вещества :

Водород H₂ 2;

Аммиак NH₃ 17;

Азот N₂ 28;

Воздух 29;

Кислород O₂ 32

Диоксид углерода CO₂ 44;

Диоксид серы SO₂ 64.