Типовые задачи и методы их решения

Методические указания

по дисциплине «Теплотехника»

(разделы термодинамика и теплопередача)

Сыктывкар 2012

Оглавление

Введение 4

1. Уравнение состояния идеального газа 6

2. Первый закон термодинамики 7

3. Термодинамические процессы 9

Изохорный процесс 10

Изобарный процесс 11

Изотермический процесс 13

Адиабатный процесс 14

Политропный процесс 15

4. Второй закон термодинамики 16

5. Круговые термодинамические процессы или циклы 18

1. Цикл Карно 19

2. Цикл с подводом теплоты при постоянном объеме 20

3. Цикл газовой турбины 22

4. Цикл Ренкина 23

6. Круговые термодинамические процессы или циклы 25

7. Основы теплообмена 29

Теплопроводность 29

Конвективный теплообмен 30

Теплопередача 30

Литература 33

ВВЕДЕНИЕ

Последовательность различных курсов как общей, так и теоретической физики определяется прежде всего постепенным переходом к изучению все бо­лее сложных форм движения соответствующих структурных видов материи (макротела, молекулы, атомы, электрические частицы и поля).

Механика изучает закономерности простейшей формы движения - отно­сительного перемещения тел в пространстве со временем.

Термодинамика рассматривает явления, обусловленные совокупным действием огромного числа непрерывно движущихся молекул или других частиц, из которых состоят окружающие нас тела. Благодаря очень большому количеству частиц беспорядочное их движение приобретает новые качества: макроскопические свойства систем из большого числа частиц в обычных условиях совершенно не зависят от начального положения этих частиц, в то время как механическое состояние системы существенно зависит от начальных условий. Это один из примеров диалектического закона перехода количественных изменений в качественные: возрастание количества механически движущихся частиц в системе порождает количественно новый вид движения - тепловое движение.

Термодинамика является первым шагом на пути к изучению закономер­ностей в большом количестве непрерывно движущихся и взаимодействующих частиц (статических закономерностей); для всестороннего и более полного рас­смотрения этих закономерностей необходимо применение статистических ме­тодов.

Однако термодинамика относительно самостоятельна. Хотя в конечном итоге все свойства физических систем определяются молекулярным движением в них, термодинамика позволяет установить многие из этих свойств, не прибе­гая к представлению о молекулярном строении тел.

Для решения многих практических задач достаточны методы термодина­мики. Основным методом исследования термодинамики XIX века был метод круговых процессов.

В конце XIX века появляются работы Гиббса, которые заложили основу нового метода термодинамических исследований (метод термодинамических потенциалов) и определили общие условия термодинамического равновесия.

Первое начало термодинамики выражает количественную сторону закона сохранения и превращения энергии в применении к термодинамическим системам. Оно устанавливает существование у всякой системы однозначной функции состояния - внутренней энергии, которая не изменяется в отсутствии внешних воздействий при любых процессах внутри системы.

Второе начало термодинамики устанавливает существование у всякой равновесной системы другой однозначной функции состояния - энтропии, ко­торая в отличие от внутренней энергии не изменяется у изолированной системы только при равновесных процессах и всегда возрастает при неравновесных в ней процессах; аналогично ведет себя энтропия и адиабатных систем.

Термодинамика позволяет с помощью своих начал учитывать наблюдае­мые на опыте закономерности и получать из них функциональные следствия.

Методические указания строятся по такому плану: сначала обсуждаются основные понятия и исходные положения термодинамики и теплопередачи, рассматриваются методы решения типовых задач и с их помощью разбираются основные приложения термодинамики.