Курс лекций по термодинамике.

Введение.

Термодинамика и теплопередача – наука о тепловых процессах.

Термодинамика- наука о преобразовании одних видов энергии в другие.

Теплопередача – наука, изучающая процесс переноса теплоты без каких-либо энергетических преобразований.

Техническая термодинамика- наука о преобразовании теплоты в работу и наоборот( другие виды энергии здесь не учитываются). А если необходимо учесть, то вводят специальные поправочные коэффициенты.

Техническая термодинамика- это наука о тепловых двигателях и возникла она и развивалась с появлением в промышленности первых тепловых машин. При этом возникла необходимость знать, как наиболее полно преобразовать теплоту в работу. Первый тепловой двигатель – паровой: для откачки воды из шахт.

Первая работа по термодинамике - статья Карно (фр.) «Размышления о движущей силе огня…»(1824 г). Центральным местом этой работы является цикл Карно, с помощью которого были показаны необходимые и достаточные условия для преобразования теплоты в работу. Карно работал в ту пору, когда в науке господствовала теория «теплорода» (невесомая жидкость). Однако к середине 19 века опытами Майера, Джоуля, Ленца и др. была установлена современная энергетическая точка зрения на природу тепла (теплота, непосредственно связанная с движением молекул).

Выводы Карно необходимо было пересмотреть. Эту работу выполнил Клаузиус (нем. физик), который к 1860 году выпустил серию статей «Механическая теория тепла». На этой основе написал книгу «Термодинамика». Термодинамика Клаузиуса основана на термодинамике Карно и базируется на двух законах термодинамики:

1. закон сохранения и превращения энергии для термодинамической системы;

2. закон возрастания энтропии. Энтропия – мера хаотичности движения частиц (мера состояния вещества).

Все виды энергии, кроме теплоты, характеризуются направленным упорядоченным движением частиц, а теплота – хаотическим движением частиц. Упорядоченное движение – менее устойчивое, чем хаотическое. Оно легко нарушается и превращается в хаотическое движение. Поэтому все виды энергии самопроизвольно преобразуются в теплоту. Такие процессы преобразования называют естественными процессами. Обратный же процесс, т.е. процесс преобразования теплоты в работу, самопроизвольно не протекает и требует наличия специальных устройств – тепловых машин. Такие процессы называют искусственными. Закон возрастания энтропии носит ограниченный характер и справедлив для ограниченной системы тел.

Тепловой двигатель – это ограниченная система тел, и второй закон термодинамики для него справедлив.

Глава 1. Общие понятия и определения.

§1. Предмет и термодинамический метод исследования.

Техническая термодинамика – наука о преобразовании теплоты в работу и наоборот. Энергия неразрывно связана с материей (веществом). При преобразовании энергии изменяется состояние (свойства) вещества (материи). Всякое изменение состояния вещества называется процессом. Понятие «термодинамический процесс» носит более узкий характер. Чтобы дать ему определение, необходимо знать, какие свойства материи изучает техническая термодинамика. Вещество (материя) имеет бесчисленное количество свойств. Однако все эти свойства можно разделить на две группы: микроструктурные и макроструктурные свойства. Микроструктурные – свойства отдельных частиц (масса молекул, их химический состав, скорость движения и т.д.). Макроструктурные свойства – результирующие свойства громадного скопления частиц (давление газа, совокупность ударов молекул о поверхность тела – мера кинетической энергии всех частиц, объем тела).

Термодинамика изучает лишь макроструктурные свойства вещества, поэтому термодинамическим процессом называют всякое изменение макроструктурных свойств вещества.