Техническая термодинамика. Определение. Общие сведения.
Теплотехника – наука, которая изучает методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принципы действия и конструктивные особенности тепловых машин, аппаратов и устройств. Теплота используется во всех областях деятельности человека. Для установления наиболее рациональных способов его использования, анализа экономичности рабочих процессов тепловых установок и создания новых, наиболее совершенных типов тепловых агрегатов необходима разработка теоретических основ теплотехники. Различают два принципиально различных направления использования теплоты – энергетическое и технологическое. При энергетическом использовании, теплота преобразуется в механическую работу, с помощью которой в генераторах создается электрическая энергия, удобная для передачи на расстояние. Теплоту при этом получают сжиганием топлива в котельных установках или непосредственно в двигателях внутреннего сгорания. При технологическом - теплота используется для направленного изменения свойств различных тел (расплавления, затвердевания, изменения структуры, механических, физических, химических свойств).
Термодинамика изучает законы превращения энергии в различных процессах, происходящих в макроскопических системах и сопровождающихся тепловыми эффектами.
Такими теоретическими разделами являются техническая термодинамика и основы теории теплообмена, в которых исследуются законы превращения и свойства тепловой энергии и процессы распространения теплоты.
Данный курс является общетехнической дисциплиной при подготовке специалистов технической специальности.
2. Термодинамическая система. Определение.
ТДС – представляет собой совокупность материальных тел находящихся в мех-ом и тепловом взаимодействии друг с другом и с внеш средой.
В самом общем случае ТДС может обмениваться со средой и веществом, такая ТДС назыв открытой.
ТДС которая не может обмениваться с окружающей средой, называют теплоизолированной или адиабатной.
ТДС не обменивающаяся с внеш средой ни теплом, ни вещ-ом, называется изолированной.
Простейшей ТДС явл рабочее тело, осуществляющее взаимное превращение теплоты и работы.
Параметры состояния
Св-ва каждои системы хар-ся рядом величин, которые называются параметрами состояния.
Давление обусловлено вз-ем молекул раб тела с поверх и численно равно силе, дей-ей на ед площади поверхности тела по нормали к последней.
,
где n – число молекул в
ед объёма, m – масса
молекулы,
-
средняя квадратичная скорость поступ
движ.
Температура физическая велич хар-ая степегь нагретости тела. Сточки зрения МКТ температура есть мера интенсивности теплового движения молекул.
,
k – постоянная Больцмана = 1,380662*10-2 Дж/К
T = t + 273,15
Удельный объём υ - объём ед массы вещ-ва
Если тело массой М занимает объём V, то по определению υ = V/M.
Между удельным объёмом вещ-ва и плотностью сущ соот υ = 1/ρ
Если все термодинамические параметры постоянны во времени и одинаковы во всех точках системы, то такое состояние называется равновесным. Если между различными точками в системе существуют разности температур, давлений и др параметров, то она явл неравновесной.
Изолированная система с течением времени всегда приходит в состояние равновесия и никогда самопроизвольно выйти из него не может.
3.Термодинамический процесс. Работа процесса.
В общем случае любой термодинамический процесс можно описать уравнением pυm = const
1. изохорный процесс υ = const (m = ∞)
2. изобарный процесс p = const (m = 0)
3. изотермический процесс T = const (m = 1)
4. адиабатный процесс S = const, Δq = 0 (m = k = cp/cυ)
5. политропный процесс pυn = const (m = n = (-∞;+∞))
Совокупность изменений состояния т/д системы при переходе из одного состояния в другое называется т/д процессом. Т/д процессы бывают равновесные и неравновесные. Если процес проходит через равновесные состояния, то он называется равновесным. В реальных случаях все процессы являются неравновесными.
Если при любом т/д процессе изменение параметра состояния не зависит от вида процесса, а определяется начальным и конечным состоянием, то параметры состояния называются функцией состояния. Такими параметрами являются внутренняя энергия, энтальпия, энтропия и т.д.
Интенсивные параметры – это параметры не зависящие от массы системы (давление, температура).
Аддитивные (экстенсивные) параметры – параметры, значения которых пропорциональны массе системы (Объем, энергия, энтропия и т.д.).
\