Министерство образования

и науки Российской Федерации

Е. М. Толмачев, В. С. Белоусов

Научный редактор: доц., канд. техн. наук А. В. Островская

Екатеринбург

2012

Оглавление

ОГЛАВЛЕНИЕ 2

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ 5

1.2. Состояние и параметры состояния термодинамической системы 5

1.3. Термодинамическое состояние 7

1.4. Уравнение состояния идеального газа 8

1.5. Термодинамический процесс 8

1.6. Внутренняя энергия 9

2. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ 15

2.1. Первое начало (первый закон) термодинамики 15

2.2. Второе начало термодинамики 18

3. Дифференциальные уравнения термодинамики 22

4. ОСНОВНЫЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 26

4.1. Политропный процесс 26

4.2. Расчет политропных процессов идеального газа 28

4.3. Частные случаи политропных процессов 29

5. ТЕРМОДИНАМИКА СИСТЕМ С ПЕРЕМЕННЫМ ЧИСЛОМ ЧАСТИЦ 35

5.1. Уравнение Гиббса 35

5.2. Термодинамические потенциалы и характеристические функции 35

5.3. Химический потенциал и его свойства 38

5.4. Термодинамика фазовых переходов 39

6. Реальные газы (водяной пар) 44

6.1. Термодинамические свойства водяного пара 44

6.2. Процессы водяного пара 49

6.3. Диаграмма 51

7. ТЕРМОДИНАМИКА ПОТОКА 53

7.1. Основные законы для потока 53

7.2. Сопло и диффузор 57

7.3. Скорость истечения и расход в адиабатически изолированных каналах без трения 57

7.4. Закон обращения геометрического воздействия 61

7.5. Дросселирование газов и паров 66

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 70

Дополнительная литература 70

Методические разработки 70

Лекция 1

Введение

Термодинамика – это наука, изучающая тепловую форму движения материи. Исторически она развилась из исследований эффективности работы паровых машин, хотя такие понятия термодинамики, как теплота, температура, давление, теплоемкость, работа появились еще в XVII–XVIII веках. Термодинамика – феноменологическая наука; ее выводы основаны на основных законах природы и не связаны с моделями строения вещества, как, например, молекулярно-кинетическая теория, хотя для иллюстрации процессов и определения теплофизических свойств веществ гипотеза молекулярного строения вещества будет использоваться. В настоящее время термодинамические методы применяются не только к анализу работы тепловых двигателей, но и практически во всех областях естественных наук. Появились такие разделы термодинамики, как химическая термодинамика, техническая термодинамика, неравновесная термодинамика, термодинамика биологических процессов и т.д.

Техническая термодинамика изучает закономерности превращения теплоты в работу в тепловых машинах и основные законы (начала) термодинамики будут сформулированы в виде запрета вечных двигателей первого и второго рода.

1. Основные понятия термодинамики

1.1. Термодинамическая система

Объектом изучения в термодинамике является термодинамическая система – макроскопическое тело или совокупность тел или частиц, выделяемые в окружающей среде и взаимодействующие с ней, причем окружающей средой считается все, что не входит в термодинамическую систему. Термодинамическая система выделяется из окружающей среды при помощи оболочки, которая может являться реальным физическим объектом, а может быть воображаемой. В последнем случае ее называют контрольной поверхностью. Термодинамические системы классифицируются по типу взаимодействия с окружающей средой. Выделяют системы закрытые – без массообмена, адиабатные – без теплообмена, механически изолированные – не обменивающиеся механической энергией со средой, замкнутые или изолированные – закрытые, не обменивающиеся со средой энергией в любой форме.