- •Глава I
- •§ 1. Предмет термодинамики и основные черты
- •§ 2. Виды энергии и формы обмена энергией
- •§ 3. Термодинамическая система, окружающая среда и взаимодействие между нмми
- •§ 4. Состояние термодинамической системы, параметры!
- •§ 5. Внутренняя енергия термодинамической системы
- •§ 6. Термодинамические процессы .
- •Глава III
- •§ 13. Понятие о разновесных и обратимых
- •IpOTbl.
- •§ 14. Термодинамический анализ круговых'' процессов (циклов)
- •§ 15. Цикл Карно
- •§ Is. Термический кпд цикла Карно.
- •§ 13. Изменение энтропии в произвольных
- •§ 19. Статистический смысл второго закона термодинамики
- •§ 29. Общая математическая формулировка второго закона
- •§ 23. Свойства характеристических функций
- •§ 31. Фазовая Тр-диаграмма
- •§ 32. Фазовые переходы 2-го рода
- •§ 33. Термодинамические характеристики идеального газа
- •Глава VIII
- •§ 44. Задачи изучения термодинамических процессов
- •§ 45. Изохорный процесс
- •§ 46'. Изобарный процесс
- •Рис, 23, Изобарный процесс:
- •§ 47. Изотермный процесс
- •Глава IX
- •§ 50. Качественные особенности реальных газов
- •§ 51. Уравнение состояния реальных газов
- •§ 52. Уравнение Ван-дер-Ваальса
- •§ 53. Получение пара
- •§ 54. Термодинамические свойства поверхности раздела фаз
- •§ 58. Термодинамические процессы изменения состояния пара
- •§ 60. Температура мокрого термометра
- •§ 62. Смешение потоков влажного воздуха
- •§ 63. Определение влажности воздуха по температурам мокрого и сухого термометров
- •§ 64. Кондиционирование воздуха
- •Глава XII
- •§ 65. Задание состава сложной системы
- •§ 84. Определение параметров состояния и состава рабочих тел и продуктов сгорания
- •Глава XV
- •§ 85. Состав и парциальные молярные свойства растворов
- •§ 86. Уравнение Ван-дер-Ваальса для бинарных систем
- •§ 89. Первый и второй законы Коновалова
- •§ 90. Реальные и многокомпонентные растворы
- •Глава XVI
- •§ 91. Установившееся одномерное течение газов
- •§ 92. Основные уравнения истечения
- •§ 95. Влияние трения на процессы истечения' из. Сопл и диффузоров
- •§ 97. Нерасчетный режим истечения через соппо Лаааля
- •1| § 98. Скачки уплотнения
- •§ 99. Процессы в эжекторах -
- •Глава XVII
- •§ 101. Основные уравнения истечения газа из сосуда
- •§ 120. Паровой цикл Карно
- •§ 121. Теоретический паросиловой цикл (цикл Ренкина)
- •§ 122. Расширение пределов рабочего процесса
- •§ 124. Бинарные циклы 1
- •§ 125. Регенеративный цикл паротурбинной установки
- •§ 126. Циклы атомных энергетических установок
- •§ 127. Циклы парогазовых установок
- •Глава XXII
- •§ 129. Понятие об обратных термодинамических циклах.1
- •§ 130. Разновидности обратных термодинамических циклов и
- •§ 131. Газовые холодильные машины
- •§ 132. Парокомпрессионные холодильные машины
- •§ 133. Абсорбционные холодильные машины
- •§ 134. Тепловой насос и термохимический j
- •§ 135. Получение сжиженных газов
- •§ 142. Эксергетический анализ работы тепловых машин
- •§ 148. Термодинамические параметры плазмы
ТЕХНИЧЕСКАЯ
ТЕРМОДИНАМИКА
ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
Под редакцией
МОСКВА
«ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1981
Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов машиностроительных специальностей высших учебных заведений
ББК 31.31 Т38
УДК 663.7(075.8)
Кафедра Теоретических основ теплотехники московского авиационного института (зав. кафедрой — д-р техн. наук, проф.
Техническая, термодинамика: Учебник для визов/Под Т38 ред. В. Й.^}>утова — 2-е изд., перераб, и доп. — М.: Высш. школа, 1981. — 439 е., ил.
В пер.: 1 р. 40 к.
В книге рассмотрены основные законы термодинамики, термодинамические процессы, циклы, характеристические функции и дифференциальные уравнения мд идеальных и реальных рабочих тел, положения о теплоем костях, эксер- г«и, щроцессов дросселирования и истечения as сосудов как неограниченной, так ■ ограниченной вместнмостей; даны элементы статистической термодинамики, отражены вопросы непосредственного преобразования теплоты в электрическую энергию.
Предназначается для студентов машиностроительных специальностей вузов.
_ {30302—336 ББК 31 31
Рецензент:
оретических
гнтута (з
В.
К. Кошкин)
ПРЕДИСЛОВИЕ
Перед советским народом стоят большие задачи по дальнейшему
§азвитию всех отраслей народного хозяйства, построению фундамен- а коммунистического общества в нашей стране. Важная роль в решении этих задач принадлежит энергетике, в теоретическую базу которой входит термодинамика. Ее изучение студентами обеспечивает последующее освоение специальных дисциплин ^учебного плана.
^ Настоящий учебник по технической термодинамике написан на основе лекций, прочитанных авторами студентам Московского высшего Технического училища им. Баумана. В нем в сжатой форме рассмотрены как основные законы термодинамики и термодинамические процессы, так и некоторые прикладные вопросы.
Рассмотрены дифференциальные соотношения и характеристические функции, справедливые для всех реальных веществ. Приводятся |разделы о применении термодинамических закономерностей для идеальных и реальных рабочих тел.
v Уделено внимание основным положениям.о прямых и обратных ^циклах, об эксергии, термодинамике плазмы, непосредственного преобразования теплоты в электрическую энергию. Изложены основы ^химической термодинамики, растворов, истечения из сосудов неограниченной и ограниченной вместимости, приведены элементы статистической термодинамики.
\ Авторами учебника являются: Е. В. Дрыжаков (гл. XVII), 1С. И. Исаев (гл. XII, XIII и XIV, § 74—83); И. А. Кожинов (гл. XVI, | 99, 100); Н. П. Козлов (гл. XXIV, XXV, XXVII); Н. К. Корнейчук |гл. VI, § 35—37; гл. VII, XI); В. И. Кофанов (гл. XIV, § 84; гл. XV, &ХІ, § 128; гл. XXVI); В. И. Крутов (Введение, гл. VIII, XIX, XX); % И, Леонтьев .(гл. III); Б. М. Миронов (гл, X); В. М. Никитин (гл. ЙШ, § 120—127); Г. Б. Петражицкий (гл. IX, XXII, § 131—133 и 135); В. И. Хвостов (гл. I, II, гл. XXII, § 129, 130, 134, 136, 137; гл. -XXIII); Е. В. Шишов (гл. I, § 4; гл. IV, V, VI, § 33, 34); Б. Н. Юдаев (гл. XVI, §91—98; гл. XVIII).
Ь Авторы выражают глубокую благодарность заслуженному деятелю |»ауки и техники РСФСР, д-ру техн. наук, проф. В. К. Кошкииу и коллективу его кафедры в Московском авиационном институте за рецензирование рукописи и ценные замечания, которые позволили улучшить качество рукописи.
Авторы й
ВВЕДЕНИИ
История человечесңого общества неразрывно связана с развитием энергетики. Мускульная сила человека постепенно заменялась более мощными источниками энергии. Создание тепловых двигателей знаменовало качественный скачок в техническом прогрессе, так же как открытие в нашем столетии энергии ядерных реакций.
Достижения современной промышленности, авиации, космонавтики оказались возможными в результате освоения мощных источников эиергии — это гидравлические, паровые и газовые турбины, двигатели внутреннего сгорания, компактные и мощные ракетные и реактивные двигатели.
Стержневое значение в этом развитии энергетики имела и имеет термодинамика, являющаяся теоретической базой создания теплоэнергетических машин и установок.
Предметом современной термодинамики является изучение общих свойств различных материальных тел, проявляющихся в процессе обмена энергией между телами.
Значение термодинамики среди других наук весьма велико, так как почти все явления природы в той или иной степени связаны с процессами преобразования энергии. Поэтому область применения' методов, которыми пользуется термодинамика, весьма обширна.
Термодинамика как наука начала развиваться в начале XIX в. в связи с необходимостью теоретического обоснования тепловых процессов в паровых поршневых машинах. Поэтому первоначально, в середине. XIX в., основным содержанием термодинамики являлись процессы взаимного превращения'теплоты и. механической работы как двух форм обмена энергией. Отражением этого'является и само название науки, составленное из двух слов древнегреческого языка: «терме» — теплота, и «динамис» — работа (или сила как источник, средство совершения работы). Однако по мере становления'закона сохранения и превращения энергии и углубления знаний о явлениях, сопровождающих процессы передачи энергии от одних тел к другим, становилось ясно, что, несмотря на большое разнообразие таких процессов, они обнаруживают много общих, универсальных свойств, не зависящих ни от конкретной формы обмена энергией, ни от физических свойств тех конкретных тел, которые обмениваются энергией. Вследствие универсальности этих свойств их изучение оказалось возможным с одних и тех же позиций, одними и теми же методами, с применением одинакового физического и математического аппарата.
Существенный вклад в развитие термодинамики внесли русские ученые. Первым среди них следует назвать Михаила: Васильевича Ломоносова (1711—1765). -
В работе «Размышления о причинах теплоты и стужи» (1750) Ломоносов высказал убеждение в том, что теплота является формой движения мельчайших частиц тела. Как известно, это положение впо- ісріедствии было признано всеми учеными мира. Ломоносов не только правильно определил сущность теплоты как внутреннего движения материи, но и сущность разработанных впоследствии законов термодинамики.
Так, например, в работе «Рассуждения о твердости и жидкости тел» Щ60) Ломоносов так сформулировал одно из этих положений: «Ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте... Сей всеобщий естественный закон простирается й в самые правила движе-' «ия, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оное у себя .теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает»..
В основе этого, положения лежит представление о первом законе термодинамики, являющемся законом сохранения энергии.
.В работе «Размышления о причинах теплоты и стужи» Ломоносов Подчеркнул: «Если более теплое тело А приходит в соприкосновение Ьдру'гим телом Б, менее теплым, то находящиеся в точке соприкосновения частички тела А быстрее вращаются, чем соседние с ним частички тела Б. От более быстрого вращения частички тела А ускоряют вращательное движение частичек тела Б, т. е. передают им часть своего движения; сколько движения уходит от первых, столько же прибавляется ко вторым. Поэтому когда частички тела А ускоряют вращательное движение частичек тела Б, то замедляют свое собственное. А отсюда когда тело А при соприкосновении нагревает тело Б, то само оно охлаждается... Поэтому холодное тело Б, погруженное в тело А, ■йе может воспринять большую степень теплоты, чем какую имеет тело А»
В приведенных соображениях раскрываются количественная, и качественная стороны процесса теплообмена. Качественная сторона процесса заключается в том, что движение, а значит и теплота, может пе- ipe-даваться лишь от тела более нагретого к телу менее нагретому и что йта передача может происходить лишь до тех пор, пока не сравняются Скорости движения частичек обоих тел. Отсюда следует, что обратный . [Процесс передачи движения от менее нагретого тела, частички которого имеют меньшие скорости, к более нагретому с большими скоростями частичек невозможен. Невозможна, следовательно, и передача 'Теплоты от холодного тела к теплому. Указанные соображения Ломоносова составляют содержание-второго закона термодинамики в формулировке, высказанной Клаузиусом (1850) спустя примерно 100 лет 'Іосле Ломоносова.
; . Большой интерес представляют высказывания Ломоносова о «наибольшей и последней степени холода», стоящие в непосредственной Ивязи с третьим законом термодинамики. Ломоносов пишет: «...нельзя Вазвать какую-нибудь определенную скорость движения, чтобы мысленно нельзя было представить себе большую скорость. Это надо от- Щети ,и к тепловому движению, поэтому высшая и последняя степень НРплоты не есть мыслимое движение. Наоборот, то же самое движение
может настолько уменьшиться, что наконец тело достигает состояния совершенного покоя и никакое дальнейшее уменьшение движения невозможно. Следовательно, по необходимости должна существовать наибольшая и последняя степень холода, состоящая в полном покое частичек, в полном отсутствии вращательного движения их».
И далее: «Так как воздух всюду и везде наблюдается газообразным, т. е. теплым, то все тела, окруженные земной атмосферой, хотя бы и казались чувствам холодными, — теплы и поэтому высшей степени холода на нашей планете не может быть».
Принцип недостижимости абсолютного нуля температур вытекает как одно из следствий тепловой теоремы Нернста (1906) и является, по современным представлениям, третьим законом термодинамики.
Среди работ, появившихся в пору широкого распространения паровых машин и заложивших основы термодинамики, прежде всего необходимо отметить работу выдающегося французского ученого Сади Карно «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». Он умер в возрасте 36 лет, и названная работа — единственный труд, напечатанный при его жизни, — явилась таким выдающимся обобщением, которое определило развитие науки на долгие годы; в ней были сформулированы идеи, ставшие впоследствии основой технической термодинамики. Карно показал, что коэффициент полезного действия всех тепловых машин зависит от разности температур внутренней и окружающей сред. Следовательно, повышение температуры рабочего тела в двигателе должно приводить к более эффективному использованию энергии.
В 1816 г., за восемь лет до появления работы Сади Карно, в Англии Робертом Стерлингом была запатентована «машина, которая производит движущую силу посредством нагретого воздуха».
Предложенный для этой машины цикл занимает в термодинамике важное место, так как автором впервые была предложена регенерация теплоты, получившая впоследствии широкое распространение в теплотехнике. Все более остро проявляющаяся нехватка нефтяных топлив и повышенные требования к охране окружающей среды, с одной стороны, совершенствование технологии и повышение качества материалов, используемых для двигателей,— с другой, создали в последние десятилетия благоприятные условия для возрождения на новой основе двигателей, работающих по циклу Р. Стирлинга.
Важный вклад в развитие термодинамики внесли представители немецкой школы Майер, Клаузиус, Гельмгольц, английской школы — Джоуль, Томсон и др. Они сыграли большую роль в систематизации полученных знаний о теплоте, в уточнении ряда закономерностей и положений.
Видное место среди ученых, внесших вклад в развитие термодинамики, занимают представители русской школы. Так, Г. Г. Гесс (1840) экспериментально установил закон о тепловом эффекте химической реакции, значение которого зависит лишь от начального и конечного состояний реакции. Профессор Киевского университета Н. Н. Шиллер дал более строгое обоснование второго начала термодинамики. Профессор Т. А. Афанасьева-Эренфест впервые показала целесообразность раздельного толкования второго закона термодинамики для ф^вновесных и неравновесных процессов.
fe;B Московском высшем техническом училище (МВТУ) закладывались основы теплоэнергетического машиностроения. Термодинамические исследования (в прикладном и теоретическом плане) возглавлялись профессорами В. И. Гриневецким, К. В. Киршем, Н. И. Мер- ліаловым, Л. К. Рамзиным, Б. М. Ошурковым и др.
В период 1901—1908 гг. В. И. Гриневецкий опубликовал ряд работ, в., которых изложил термодинамический расчет паровых котлов, диализ рабочего процесса паровых машин (с применением энтропийной диаграммы), исследования общих уравнений термодинамики применительно к водяному пару. В 1908 г. им был опубликован капитальный труд «Тепловой расчет рабочего процесса». Профессор А. С. Ястржембский так характеризует этот труд: «Этой глубокой работой, построенной на общих положениях термодинамики, Гриневецкий заложил начало научно обоснованной теории двигателей внутреннего сгорания и теплового расчета их рабочего процесса. Эта работа Гриневецкого оказала огромное влияние на развитие отечественного двига- йтрлестроения».
Большое значение имели также труды профессоров К. В. Кирша и
К. Рамзина в области исследования топок паровых котлов, котель- %кх установок, котловых процессов.
Л. К- Рамзин (1918) разработал и опубликовал /d-диаграмму для ^влажного воздуха, которая широко применяется и в настоящее время /для расчета термодинамических процессов с влажным воздухом. Профессора Н. И. Мерцалов и Б, М. Ошурков известны своими учебниками по термодинамике. Так, например, учебник профессора Б. М. Ошур- Ыова явился первым советским учебником по термодинамике, а первый |советский задачник по технической термодинамике выпустил профессор МВТУ М. В. Носов. ' .. §:>.,, В Советском Союзе в больших масштабах проводились теоретические и экспериментальные исследования в области термодинамики. В Ийервую очередь следует отметить исследования Всесоюзного теплотехнического института им. Ф. Э. Дзержинского, Центрального котлотур- зинного института им. И. И Ползунова, Энергетического института |м. Г. М. Кржижановского АН СССР, Московского энергетического Института и др.
I Теоретические и экспериментальные исследования привели к созданию теории рабочих процессов и циклов тепловых двигателей, применяемых в современной теплоэнергетике. Проводились обширные заботы для получения новых данных по теплофизическим свойствам іовых рабочих тел.
'i Приоритет в этой области принадлежит коллективу ученых МЭИ J ВТИ и в первую очередь профессорам М. П. Вукаловичу, В. А. Кириллину, И. И. Новикову, Д. А. Тимроту и Н. Б. Варгафтику. S. Развитие термодинамики способствовало дальнейшему развитию теплотехники. Так, в начале этого столетия появилась холодильная |;хника, обеспечивающая возможность получения глубокого холода. Італи строиться мощные двигатели внутреннего сгорания, паровые
котлы, паровые и газовые турбины. Успехи термодинамики способа вовали развитию ракетостроения, машин и установок атомной энер- гетики.
Классическая термодинамика явилась мощным средством исследования обратимых процессов. Для решения важнейших задач совре-, менной теплотехники, для исследования новых тепловых процессов и рабочих тел в 50-х годах XX столетия были разработаны термодинамические методы исследования необратимых процессов.
В процессе научно-технической революции непрерывно выдви-^ гаются все новые и новые проблемы, решение которых имеет первостепенное значение для науки и техники. К числу таких проблем по: праву могут быть отнесены многие проблемы энергетики, связанные с поиском и развитием новых источников и видов энергии для промышленного использования, с ее экономным расходованием, с изучением различных нестационарных неустановившихся процессов, управлением термоядерным синтезом и многими другими.
В стремительном развитии энергетики задачи термодинамики не только не теряют, но, наоборот, приобретают все большее и большее значение.
Так, например, важное место в настоящее время занимают исследования и разработки новых термодинамических циклов различных комбинированных тепловых двигателей, в том числе бинарных и более сложных с регенерацией теплоты и другими особенностями.
Очень важные и большие задачи стоят в области высокотемпературной и низкотемпературной термодинамики, что приводит к необходимости глубокого изучения термодинамических свойств новых рабочих тел в условиях высоких и низких температур. Так, в турбостроении и в настоящее время ведется интенсивный поиск возможностей дальнейшего повышения температуры рабочего тела с целью повышения экономичности турбин.
Развитие науки и техники расширило сферу применения источников электроэнергии (бортовые установки на самолетах и космических кораблях). Решающую роль в этих энергетических установках играют такие факторы, как масса, габариты и надежность. Потребовались новые методы получения энергии путем непосредственного превращения тепловой и химической энергии в электрическую: термоэлектрический, термоэмиссионный, магнитогидродинамический (МГД), электрохимический (топливные элементы) и др. Следует ожидать более интенсивного развития технических средств, позволяющих накапливать и затем использовать на Земле солнечную энергию. Исключение процессов превращения тепловой энергии в механическую и механи-. ческой в электрическую приводит к более короткой цепи превращений энергии, а следовательно, и к меньшим потерям и повышению рабочей температуры. Это, в свою очередь, предъявляет особые требования к механической прочности конструкционных деталей.
Электрогидродинамические генераторы (в которых диэлектрическая жидкость протекает через ионизированный газ, а затем в МГД- генератор) имеют то преимущество, что не требуют очень высоких температур.
^Ц^оздание мощных и экономичных энергетических установок тре- ^рг'-и в настоящее время преодоления еще многих научных и техни- Ищёких трудностей.
В связи с этим машинный способ преобразования энергии еще дол-
17 будет использоваться в народном хозяйстве, совершенствоваться развиваться.
Идет процесс укрупнения энергетических блоков, в которых пригнется машинный способ преобразования энергии. Так, мощность гоков паровых турбин уже достигает 1500 и даже 2500 МВт. Некото- ае судовые и стационарные дизели имеют диаметр цилиндра более м, а их моторесурс превышает 10 тыс. ч. Поэтому повышение экономности таких энергетических машин даже на доли процента дает [родному хозяйству существенную экономию.
В связи с интенсивным развитием атомной и термоядерной энерге- ,ки всемерно развивается наука о циклах атомных станций. Здесь, же как и в обычной тепловой энергетике, найдут применение не ■R-только бинарные, но и комбинированные, каскадные циклы. Напри- ИвЁМеп. 'в верхней части тринарного цикла в качестве рабочих веществ gjf-могут использоваться ртуть, соли металлов, жидкие щелочные ме- ■Югаллы, в средней части — вода, в нижней части — фреоны, углекис- Нглота и многие другие низкокипящие вещества. ЩГ.-' Применение в теплоэнергетических установках плазмы требует
|| знания её теплофизических свойств и изучения термодинамических процессов, происходящих в плазме.
Ь. Актуальны также вопросы термодинамического исследования дис- социированных газовых смесей, ионизированных газов в потоке при ? высоких температурах. Это, в свою очередь, заставляет вести иссле-
дования теплофизических свойств новых материалов. ^ Нельзя также забывать о необходимости все более широкого ис- " пользования в народном хозяйстве энергии солнца, ветра, морских £ приливов и отливов, геотермальных установок, установок опреснения ^ солевых вод. Все это требует создания мощных энергетических уста- ^ новок, в которых вопросы термодинамики будут играть не только важ-
ную, но и основную роль.
Все вышеизложенное свидетельствует о том, что знание основных u ваконов и положений термодинамики необходимо для специалистов ■ практически всех направлений машиностроения. Термодинамика сос-
тавляет теоретическую основу многих специальных дисциплин, вклю- І' ченных в учебные планы высших учебных заведений.
Раздел первый
основные законы; термодинамики
Глава I
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
§ 1. Предмет термодинамики и основные черты
термодинамического метода
Процессы обмена энергией сопровождают любые явления в окружающем мире, поэтому термодинамика, разрабатывая общие методы изучения энергетических явлений, имеет всеобщее методологическое значение и её методы используют в самых различных областях знания. Раздел термодинамики, в котором общие методы, определения, математический аппарат разрабатываются безотносительно к какому-либо конкретному приложению, часто называют общей (нлн физической) термодинамикой. В технической термодинамике общие положения применяются для исследования явлений, сопровождающих обмен энергией в тепловой и механической формах. Таким образом, техническая термодинамика является теорией действия тепловых машин, составляющих основу современной энергетики. Химическая термодинамика представляет собой приложение общих термодинамических соотношений к явлениям, в которых процессы обмена энергией сопровождаются изменениями химического состава участвующих тел.
Указанное деление термодинамики на разделы является в значительной степени условным. Так, выводы общей термодинамики епра- ведливы для всех других ее разделов, процессы горения топлива в тепловых двигателях объясняются методами химической термодинамики и т. д.
При изучении термодинамики и применении ее соотношений для анализа конкретных явлений следует учитывать те особенности термодинамического подхода к описанию явлений, которые отличают термодинамический метод от методов, принятых в других областях естественных наук. В качестве главных особенностей термодинамического метода можно указать следующие три основные его черты:
1. Термодинамический метод построен иа использовании весьма небольшого числа обобщенных закономерностей, сформулированных в результате накопления и научного анализа огромного эксперимен- fc тального материала. Эти закономерности подтверждены всем опытом i развития естественных наук и имеют, таким образом, весьма высокую С степень достоверности, что позволяет рассматривать эти закономерно- 1 сти как законы природы. Исторически эти основные закономерности I; были сформулированы в форме так называемых трех ваконов или трех f- начал термодинамики.
X В качестве первого закона термодинамики ие-
пользуется всеобщий закон сохранения и превращения энергии, офор % мулированный в специальных термодинамических понятиях.
Второй закон термодинамики устанавливает оп-
ределенную направленность изменений, возникающих в реальных процессах обмена энергией. Этот закон не имеет той всеобщности, которая характерна для первого закона, и приложим лишь к тем явле-
■1 ниям, которые включают тепловую форму обмена энергией.
Еще более ограниченную область приложения имеет третий закон термодинамики, который объясняет поведение вещества при температуре, стремящейся к абсолютному нулю. Иногда к числу основных законов термодинамики относят еще один, так нмн ваемый «нулевой» закон — закон о термическом равновесии между телами, имеющими одинаковую температуру.
Использование наиболее достоверных универсальных законов природы делает все выводы и соотношения термодинамики также досто верными.
2. Для описания процессов обмена энергией с помощью различных соотношений, получаемых на основе трех законов, в термодинамике используют только такие физические понятия и величины, смысл которых не связан с существующими представлениями о микроскопическом (молекулярном, атомарном и т. д.) строении материи. Эти величины могут быть либо непосредственно измерены, либо вычислены по термодинамическим соотношениям с использованием измеренных величин. Они характеризуют результаты (итоги) действия огромного числа индивидуальных микроскопических частиц вещества, когда влияние каждой отдельной частицы становится неразличимым. Подобного рода величины называют макроскопическими, феноменологическими или термодинамическими в отличие от микроскопических величин, характеризующих поведение отдельных молекул, атомов и других мельчайших частиц, составляющих макроскопические тела. Примерами феноменологических величин могут служить температура, давление, плотность. Эти ронятия имеют смысл только для макроскопических тел.
Преимущество феноменологического подхода состоит в том, что справедливость термодинамических соотношений и выводов не нарушается, когда в ходе развития физики непрерывно углубляются или даже в корне изменяются представления о строении вещества. Общие термодинамические соотношения применимы к веществам в любом состоянии — газам, парам, твердым и жидким телам, а также к электромагнитному излучению,— несмотря на большие различия в конкретных физических свойствах этих форм материи. - . Недостаток феноменологического метода состоит в том, что для использования общих термодинамических соотношений в конкретных случаях необходима информация о свойствах веществ, что требует экспериментального исследования этих свойств каждого конкретного вещества.
В конце XIX в. стала развиваться так называемая статистическая термодинамика, являющаяся разделом статиети- чевкой физики. В статистической термодинамике свойства макроскопических тел вычисляются на основе конкретных представлений о строении вещества из элементарных частиц (идеальный газ рассматривается как совокупность невзаимодействующих частиц, твердое тело—: как идеальная кристаллическая решетка и т. п.).
3. Две предыдущие особенности термодинамического метода определяют область приложения термодинамики, устанавливая определенные границы ее действия. С одной стороны, в силу .своей феноменоло- гичности термодинамические методы исследования можно применять только к макроскопическим телам, т. е. состоящим из весьма большого числа элементарных частиц. С другой стороны, эти тела или совокупности тел должны быть ограниченными. Выводы термодинамики нель- . зя распространять на бесконечную Вселенную, поскольку основные положения термодинамики формировались в результате наблюдения явлений лишь в ограниченной ее части.
