Краткий конспект лекций по

технической термодинамике

для лиц, обучающихся по программам переподготовки.

Особенности термодинамики, как науки

Термодинамика – наука о свойствах энергии в различных её видах и законо­мерностях перехода её от тела к телу, из вида в вид.

Термодинамика подразделяется на:

1. физическую термодинамику (общую);

2. техническую термодинамику;

3. химическую термодинамику;

4. термодинамику электрических и магнитных явлений и т.д.

Также в целом:

1. равновесную (классическую);

2. неравновесную (находится в стадии развития).

Особенности термодинамики, как науки:

1)Термодинамика -наука дедуктивная, так как позволяет получить наиболее об­щие закономерности, которые могут быть применены к конкретным частным случаям.

2)Термодинамика – наука макроскопическая, так как она не рассматривает про­цессы на уровне микрочастиц. В этом заключается её сила и слабость. Термоди­намике чужды представления о модельном строении вещества. Все кардинальные изменения в представлениях о строении вещества не сказыва­ются на основных результатах термодинамики и в этом её сила. А слабость – в том, что термодинамика не может получить некоторые требуемые соотноше­ния и вынуждена заимствовать эти результаты у других наук, например, об­ращаться к теоретической или экспериментальной физике.

3)Термодинамика –наука феноменологическая, так как некоторые положения в термодина­мике не имеют должного теоретического основания и берутся лишь на основании многочисленных опытов и экспериментов.

4)Термодинамика, как наука, базируется на понятии макроскопического равновесия, т.е. рассматривают состояния систем тогда, когда все термодинамические про­цессы находятся в равновесном состоянии. Макроскопическое равновесие не означает прекращение взаимодействия на уровне микрочастиц.

1. Основные определения термодинамики.

Система – тело или совокупность тел, являющихся объектов изучения.

Окружающая среда – все остальные тела.

Процесс – изменение физических параметров системы, проявляющееся в изменении ее термодинамических параметров состояния.

Например, если объектом изучения является газ в цилиндре под поршнем, то системой является газ, а все остальное – окружающая среда.

В инженерных расчетах и формулах термодинамики используется удельный объем системы

, ,

где, m – масса системы, кг; W, -объём системы, м³.

Плотность системы

,

При тепловом (термическом) взаимодействии имеет место обмен теплотой между системой и окружающей средой. В ходе развития науки было установлено, что при тепловом взаимодействии всегда изменяется физическая величина, называемая энтропией .

В расчетах в основном используется удельная энтропия S , Дж/(К*кг)

Энтропия, как термодинамический параметр системы, на опыте не определяется, так как нет приборов для ее измерения. Значение энтропии вычисляется по формулам термодинамики, которые будут рассмотрены далее.

Общее определение энтропии – это мера неупорядоченности системы. Чем больше беспорядок в системе, тем больше ее энтропия. Для понимания физического смысла энтропии полезно знать ,что изменение энтропии в изотермическом процессе определяет количество подведенной или отведенной теплоты :

Q_T= T∙∆S.

Во всех формулах термодинамики используется только абсолютное давление р, Па.

Манометры показывают р_ман - превышение давления в системе над атмосфер­ным (барометрическим) давлением В, поэтому

p = p_ман +В.

Если в системе имеется разрежение (вакуум) и p_вак – показания вакуум­метра , то

р= B – p_вак,

При измерении давления ртутными приборами в мм.рт. столба следует иметь в виду, что показания этих приборов (ртутного манометра, барометра) зависят не только от величины измеряемого давления, но и от температуры ртути в приборе. При положительных температурах плотность ртути меньше, а ее удельный объём выше, следовательно, показания приборов будут выше, чем при 0C. При температурах ниже 0C соотношение будет обратным. Показа­ния ртутных приборов для измерения давления всегда приводятся к 0C.

Таблица 1: Поправка на давление ртутных приборов при разных температурах ртути.

Температуры столба ртути	0	5	10	15	20	25	30
Поправка на 1000 мм. рт. ст.	0	0,87	1,73	2,59	3,45	4,31	3,17

Для ртутного барометра, кроме таблицы поправок, также используется формула

B₀ = B(1-0.000172 t),

где,B₀ – барометрическое давление, приведенное к 0C;

B – показания барометра при температуре ртути tC.

Если t>0, то поправку вычитают, если t < 0 – прибавляют.

Как показывает опыт при тепловом взаимодействие, теплообмен возможен только при наличии разности температур между системой и окружающей средой.

В качестве такой температуры в термодинамики используется абсолютная термодинамическая температураТ, К

T = t^C + 273,15 ,

Температура по шкале Фаренгейта (tF) в термодинамике не используется.

tF = t^C + 32 ,

Наиболее точно абсолютная температура определяется по показаниям газовых термомет­ров.