1) Термодинамика – наука о закономерностях превращения энергии. В термодинамике широко используется понятие термодинамической системы. Термодинамической системой называется совокупность материальных тел, взаимодействующих, как между собой, так и с окружающей средой. Температура тел - определяет направление возможного самопроизвольного перехода тепла между телами. Температура, выраженная по абсолютной шкале, называется абсолютной температурой.

Давление - представляет собой силу, действующею по нормали к поверхности тела и отнесенную к единице площади этой поверхности. Если 3 параметра известны, то состояние определено.

Рабочее тело - тело, посредством которого производится взаимное превращение теплоты и работы, и которое изменяет в этих процессах свое физическое состояние.

Под термодинамическим процессом понимают совокупность изменений состояния системы, при ее переходе из одного равновесного состояния в другое.

Система, имеющая во всех своих частях одинаковый состав и физические свойства - гомогенной. Тд система закрытая, если она не может обмениваться с окружающей средой, веществом.

Равновесными называются такие процессы, в которых система проходит ряд последовательных равновесных состояний.

Обратимый процесс – если возможен переход из одного состояния в другое состояние и обратно.

1 бар = 10⁵ Па

1 кг/см² (атмосфера) = 9.8067×10⁴ Па

1мм рт. ст (миллиметр ртутного столба) = 133 Па

1 мм вод. ст. (миллиметр водного столба) = 9.8067 Па

Плотность – отношение массы вещества к объему занимаемому эти веществом.

Удельный объем - величина обратная плотности т.е. отношения объема занятого веществом к его массе.

2) Термодинамическая система находится в равновесном состоянии в то случае, если давление и температура во всех частях объема одинакова. В зависимости от характера системы функции f(P,V,T)=0 может быть сложной.

P=f₁ (V,T)

V=f₂ (P,T)

T=f₃ (P,V)

Уравнение состояния реального газа (Вандер - Вальса)

Уравнение Клапейрона представляет собой уравнение состояния идеального газа, записанное для массы газа 1 кг: ,где R - удельная газовая постоянная, отнесенная к массе газа, равной 1 кг,

3) Основным законом передачи является закон Фурье:

Количество теплоты, проходящее через изотермическую поверхность площадью за время , пропорционально температурному градиенту. Знак минус в формуле показывает, что теплота и градиент направлены в разные стороны. - коэффициент теплопроводности. Закон Фурье применим для описания теплопроводности газов, жидкостей и твердых тел.

4) Термодинамический процесс - всякое изменение, происходящее в термодинамической системе и связанное с изменением хотя бы одного ее параметра состояния.

Можно выделить несколько простых, но широко распространённых на практике, тепловых процессов:

Адиабатный процесс — происходящий без теплообмена с окружающей средой;

Изохорный процесс — происходящий при постоянном объёме;

Изобарный процесс — происходящий при постоянном давлении;

Изотермический процесс — происходящий при постоянной температуре;

Изоэнтропийный процесс — происходящий при постоянной энтропии;

Изоэнтальпийный процесс — происходящий при постоянной энтальпии;

Политропный процесс — происходящий при постоянной теплоёмкости;

Термодинамические процессы удобно изобразить в виде кривых на графике с координатами V-P, V-T, P-V.

Тепловые процессы можно разделить на равновесные и неравновесные; на обратимые и необратимые.

5) Коэффициент теплопроводности является физическим параметром вещества и в общем случае зависит от температуры, давления и рода вещества. Коэффициент теплопроводности - количество теплоты, которое проходит в единицу времени через единицу поверхности через единичную толщину стенки при перепаде температуры в один градус, . Является теплофизической характеристикой материала.

Коэффициент теплопроводности газов: где - средняя скорость перемещения молекул газа; - средняя длина свободного пробега молекул газа между соударениями; - теплоёмкость газа при постоянном объёме; - плотность газа.

Коэффициент теплопроводности жидкостей: , где - теплоёмкость жидкости при постоянном давлении; - плотность жидкости; μ - молекулярная масса.

6) Внутренняя энергия системы – это энергия системы, которая однозначно определяется ее термодинамическим состоянием. Внутренняя энергия системы включает в себя энергию хаотического движения всех микрочастиц системы и потенциальную энергию их взаимодействия. Во внутреннюю энергию системы не входит кинетическая энергия движения системы как целого и ее потенциальная энергия во внешнем силовом поле.

Изменение внутренней энергии при переходе системы из состояния 1 в состояние 2 не зависит от вида процесса и равно . внутренняя энергия системы зависит только от температуры .

9) Теплоемкость – ф-ция процесса, равная кол-во тепла, необходимого подвести или отвести, чтобы изменить температуру на 1 градус. , где dQ — элементарное количество теплоты; dT — элементарное изменение температуры.

Различают теплоемкость при постоянных объеме и давлении . Разность между теплоемкостями с_P и с_V идеального газа уста­навливается формулой Майера с_P- с_V= R.Отношение теплоемкостей с_р и c_v представляет собой показа­тель адиабаты k: .

Массовая теплоемкость

а объемная теплоемкость:

Объемная и массовая теплоемкости связаны между собой зависимостью: , где - плотность газа при нормальных условиях.

Теплоемкость газа зависит от его температуры. По этому признаку различают среднюю и истинную теплоёмкость.

Истинная теплоемкость: , где Z - какой-то процесс. . При изохорном процессе Z=V , следовательно, получаем изохорную теплоёмкость- . При изобарном процессе Z=P, следовательно, получаем изобарную теплоёмкость .

Объёмная теплоёмкость :

Молярная теплоёмкость :

Средняя теплоёмкость .

10) Обобщенные уравнения для средне­го значения коэффициента теплоотдачи при вынужденном движении жидкости по трубам имеют вид:

а) при ламинарном течении (Re_d,ж < 2*10³)

Nu _d,ж = 1,4(Re_d,ж • d /l)^0,4 Pr_Ж^0,33 (Pr_ж/Pr_c )^0,25.

б) при турбулентном течении (Re_d,ж > 10⁴):

Nu _d,ж = 0,021 Re_d,ж^0,8 Pr_Ж^0,43(Pr_ж/Pr_c)^0,25.

Эти уравнения применимы и к процессам протекания жидкости по прямым трубам не только круглого, но и квадратного, прямоугольного, треугольно­го сечений и к пучкам труб. Если труба выполнена в виде змее­вика, то вследствие центробежных сил, действующих на частицы движущейся жидкости, условия перемешивания жидко­сти улучшаются и, следовательно, коэф­фициент теплоотдачи увеличивается. Это учитывается поправкой Ɛ_R = 1 + 1,77d / R, где d - диаметр трубы; R - радиус змее­вика. Таким образом, коэффициент теп­лоотдачи в змеевике равен α_R=Ɛ_Ra.

Коэффициент теплоотдачи увели­чивается и в тех случаях, когда теплоот­дача рассчитывается для коротких труб. В таких трубах на среднее значение ко­эффициента б оказывают заметное влия­ние улучшенные условия теплоотдачи в начальном участке трубы, где происхо­дит формирование потока жидкости. Это влияние тем сильнее, чем короче труба.

Влияние начального участка учи­тывается особой поправкой Ɛ_l=α_l/α.

11) Для любого идеального газа справедливо соотношение Майера:

, где  — универсальная газовая постоянная,  — молярная теплоёмкость при постоянном давлении,  — молярная теплоёмкость при постоянном объёме.

Уравнение Майера вытекает из первого начала термодинамики, примененного к изобарическому процессу в идеальном газе: ,

в рассматриваемом случае:

.

Очевидно, уравнение Майера показывает, что различие теплоёмкостей газа равно работе, совершаемой одним молем идеального газа при изменении его температуры на 1 K, и разъясняет смысл универсальной газовой постоянной R — механический эквивалент теплоты.

Показатель адиабаты — это отношение теплоёмкости при постоянном давлении (C_P) к теплоёмкости при постоянном объёме (C_V).

При адиабатическом процессе показатель адиабаты равен или

Для нерелятивистского невырожденного одноатомного идеального газа , для двухатомного , для трёхатомного , для газов, состоящих из более сложных молекул, показатель адиабаты определяется числом степеней свободы (i) конкретной молекулы, исходя из соотношения .

13) Первый закон термодинамики в общем виде представляет собой закон сохранения и превращения энергии.

1. Все виды энергии могут взаимно превращаться в строго равных друг другу количествах.

2. Невозможно построить такую периодически действующую машину, с помощью которой можно было бы получить полезную работу без затраты энергии извне.

3. Внутренняя энергия полностью изолированной системы есть величина постоянная.

К телу подведено некоторое количество теплоты Q, изменение внутренней энергии ΔU и работа L.При расширении системы ею совершается ра­бота вследствие уменьшения внутренней энергии системы, а при сжатии работа внешних сил идет на увеличение внутренней энергии сис­темы.

Уравнение первого начала термодинамики выражает те изменения, которые вызываются в тдс при подводе к ней некоторого кол-во энергии в форме теплоты и в форме работы.

К телу подведено некоторое количество теплоты Q, изменение внутренней энергии dU и работа против внешних сил dL. Для 1 кг рабочего тела .

Подводимая теплота извне идет на изменение внутренней энергии тела и на работу расширения.

Для идеального газа, у которого внутренняя энергия зависит только от температуры u=f(T) в процессе v=const:

,тогда .

Количество теплоты, подведенное (отведенное) в процессе p=const, и

Разность между теплоемкостями c_P и c_V идеального газа устанавливается формулой Майера: .

Уравнение Майера справедливо только лишь для идеального газа.