книги из ГПНТБ / Лукьянов Н.Н. Основные понятия технической термодинамики учеб. пособие

20

ПРИМЕР ЧЕТВЕРТЫЙ - холодильная установка,предназ­ наченная для создания температур более низких, чем тем­ пература окружающей среди (атмосферного воздуха) рис.4.

тела 3 уменьшается.

Частично испарившийся Фреон засасывается компрес­ сором 4 и сжимается , при этом он полностью переходит

в парообразное состояние. Лалее фреон поступает в конден­ сатор Б, где опять превращается в жидкость.Превращение в жидкость происходит вследствие отдачи тепла парообразным Фреоном циркулирующей через конденсатор охлаждающей

21

жидкости в трубах 6 ,имеющей температуру окружающей среды. Затем жидкий Фреон проходит через дроссельный клапан

7, где , расширяясь, частично превращается в пар. Даль­ нейшее испарение осуществляется в испарителе 2 , и опи­ санный процесс повторяется.

Газы с высокой тесмпературой , полученные в резу­ льтате реакции горения в топке котла, представляют со­ бой источник тепла, называемый ТЕПЛООТДАТЧИКОМ.

Под теплоотдатчиком в термодинамике подразумевается идеализированный источник тепла, не связанный с какимилибо процессами горения и представляющий собой боль­ шое тело с постоянной температурой.

Атмосферный воздух, куда выбрасываются отработавшие газы из цилиндр.. ДПС, охлаждающая вода, протекающая че­ рез конденсатор паровой турбины, называется ТЕПЛОПРИЕМНИКОМ, или холодным источником. Колеса автомобиля ( в при­ мере с ДВС ), электрогенератор ( в примере с паровой турбино;;) - объекты работы.

Смесь газов в ДВС , водяной пар для паровой тур­

бины, азот в компрессоре, фреон в холодильной установ­

ке - я термодинамике принято называть РАБОЧИМИ ТЕЛАМИ,

назначение которых заключается в том, чтобы воспринимать тепло и совершать работу .Обычно рабочими телами называются

22 _

тела, совершающие круговой процесс, предназначенный для непосредственного получения работы, теплоты или холода.

Для рабочего тела наиболее удобной формой состояния вещества по сравнению с другими его агрегатными состоя­ ниями является газообразное состояние. В газах процессы

нагрева, охлаждения, расширения и сжатия совершаются очень быстро, в связи с чем изготовляемые тепловые дви­ гателя обладают небольшим весом, одновременно являясь

быстроходными и мощными.

ом Газ является макротелом, т.е ,ѵсостоит из огромного

числа отдельных элементарных чаотицмикротеді. молекулы, атомы, электроны и т .д .) находящихся в непрерывном дви­ жении. Принципиального различия между газами и парами нет. Практическое отличив заключается в том, что газ является устойчивым агрегатным состоянием, а пар, наоборот,неустой­

чивым - легко переходящим при изменении давления или температуры в жидкость1.

Изучение физических и физико-химических свойств рабочих тел, а также процессов изменения их состояния

является одной из основных задач технической термо ди-

F

наѵики1.

- 23 -

2 - 2 . Идеальные газы

взаимодействия, а сами молекулы этих іЬл имеют конечный

объем. Теоретическое изучение свойств вещества в газообраз­ ном состоянии с учетом сил сцепления между молекулами и объе­

ма самих молекул чрезвычайно затруднено, вследствие слабой изученности природы сил сцепления между молекулами.

Закономерности, полученные на основе опытных данных,

имеют также сложный характер, что затрудняет термодинамиче­

ское исследование рабочих тел, В связи с этим при их исследовании вводится научная

абстракция, состоящая в том, что изучению подлежит вообра­ жаемое газообразное тело, у которого отсутствуют оилы вза­ имного притяжения и отталкивания между молекулами, а объе­ мом езмих молекул пренебрегают, считая его бесконечно ма­

лой величиной по сравнению с объемом, в котором они поме­ щаются. В этом понятии молекулы представляют собой мате­

риальные точки, не имеющие объема, хотя являются материаль­

нами, характеризующими его состояние, и на основе законов для идеальных газов создать теорию термодинамических про­ цессов . Следовательно, изучение идеального газа имеет

- 24 -

большое практическое значение. Все реальные газы при вы­

соких температурах и малых давлениях почти подностьи под­

чающегося при расчетах в двоякого рода состояниях. В пер­

ров тепловых двигателей (двигатели внутреннего сгорания). Здесь водяной пар, имея вЬсокую температуру и низкое

вых турбинах) или теплообменных аппаратах. Здесь он нахо­ дится в состояниях, близких к состоянию жидкости (где

- 25 -

связи между молекулами по сравнению с парообразным состоя ­ нием - велики), что не позволяет его отнести к идеальным газам .

2 - 3 . ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

При термодинамическом исследовании какого-либо явле­ ния в качестве объекта исследования выделяется группа тел, единичное тело или его отдельные части. Объект изучения называется ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ, а все находящееся вне его границ - ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ.

Термодинамической системой явдяютоя, например, рассмот­ ренные ранее рабочие тела . В некоторых случаях понятие тер­ модинамической системы расширяется з а счет включения в нее окружающих внешних тел ( т . е . окружающей среды ).

Рассматриваемая совокупность материальных тел может

Система, взаимодействующая механически с окружающей средой, обладает механической степенью свободы, которая

-2 6 -

проявляется в изменении объема системы (он либо уве­ личивается, либо уменьшается).

Рассмотрим один из простых примеров термодинами­ ческой системы ( рис. 5 ).

Рис. 5 . Пример термодинамической системы.

мере, в какой она взаимодействует и влияет на состоя­

27

Такая система потенциально располагает только одной степенью свободы - механической .Примером теплоизолирован­ ной системы является rarf находящийся в сосуде, стенки ко­ торого покрыты идеальной тепловой изоляцией, исключающей теплообмен между газом и окружающими телами.

Система,не обменивающаяся работой с источником работы,,

называется МЕХАНИЧЕСКИ ИЗОЛИРОВАННОЙ системой. Такая с и :т е -, ма потенциально располагает тоже тьльхо одной степенью свободы - тепловой. Термодинамическая система, не взаимо­ действующая с окружающей средой, назвается ИЗОЛИРОВАННОЙ

уместно указать, что тепловые двигатели, представляя со­

тельной, Эта условность учитывается при расчетах.

28

2-4. Свойства и состояние системы

Свойством системы является любая наблюдаемая ХАРАКТЕРИСТИКА системы.Состоянием называется совокуп­ ность свойств системы в данный момент времени.

Следовательно, состояние системы характеризуется одним или многими свойствами.

8 термодинамике этими свойствами являются - фи­

зические величины, называемые параметрами или функциями состояния. Параметрами состояния может быть целый ряд ве­ личин: температура - Т. давление - р,удельный объем - іг, энтальпия-і., внутренняя энергия - и, энтропия - 5 и др.

Изменение свойства определяется только начальным и

конечным состоянием системы и не зависит от пути перехо­ да системы из одного состояния в другое.

Справедливо и обратное положение .Если при переходе

( истеки из одного состояния в другое изменение любого пара­ метра не будет зависеть от пути перехода системы и опреде­ ляется только начальным и коночным состоянием системы, то наблюдаемая величина является параметром системы.

Параметры, состояния могут записать или не зависеть от количества вещества системы.

Параметры, величины которых пропорциональны количест­ ву вещества системы, называются ПКСТЕНСИПНІШ! ПАРАМЕТРАМИ.

29

Действительно,если систему, например,состоящую из водорода или кислорода,разделить на части, то объем ка­ ждой части будет прямо пропорционален количеству содер­

жащегося в нем водорода или кислорода.Экстенсивные пара­

метры следуют закону сложимости (аддитивности) отдель­

ных частей системы, к ним относятся: с^ъем,энтальпия, энергия,энтропия и др.

Параметры состояния, не зависящие от количества ве­ щества системы, называются ИНТЕНСИВНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ. Они не подчиняются закону сложимости.К ним относятся:

температура, давление и др.

Действительно, температура и давление разделенной

системы, состоящей, например, из водорода или кислорода, не изменяются при делении и будут оставаться равными

турой, давлением, удельным объемом - называемыми ОСНОВ­ НЫМИ.

Эти три параметра не являются независимыми величи­ нами и,как будет показано далее (см. П - 2 - Ю ),связа­ ны между собой вполне определенными математическими за­ висимостями. Их выбор в качестве основных вытекает из рас­ смотрения условий энергообмена системы с овружаютзй сре­ дой в зависимости от степеней свободы