|
Тема 1. Техническая термодинамика 1.1. Основные понятия и определения Термодинамика - изучает законы превращения энергии в различных фи-зико-химических процессах происходящих в макроскопических системах и со-провождающихся тепловыми эффектами. Название этой науки происходит от греческих слов термос - тепло, динамис - сила. Можно расшифровать, как наука о силах, связанных с теплом. Различают термодинамику физическую, химическую, техническую и т.д., т.е. в зависимости от области исследования. Техническая термодинамика - изучает закономерности взаимного превращения тепловой и механической энергий и является теоретическим фундаментом теплотехники. На её основе производятся расчеты и проектирование тепловых двигателей и всевозможного теплотехнического оборудования. Термодинамика основывается, в основном, на двух законах (началах) полученных опытным путем. Рассмотрим основные понятия и определения. При изучении какого-то явления в качестве объекта исследования выделяют группу тел, единичное тело или даже отдельные его части. Называется такой объект термодинамической системой. Термодинамическая система - это совокупность материальных (макро-скопических) тел, находящихся в тепловом и механическом взаимодействиях друг с другом и внешними телами (окружающей средой). Системы бывают четырех типов. О т к р ы т а я - обменивается веществом и энергией (теплотой) с окружающей средой. З а к р ы т а я - не обменивается только веществом с окру-жающей средой. А д и а б а т н а я (теплоизолированная) - не обменивается с окружающей средой только теплотой. И з о л и р о в а н н а я (замкнутая) - нет обмена ни энергией, ни веществом. Термодинамическая система - включает в себя рабочие тела (газы, пары, воздух) и источники тепла. Р а б о ч е е т е л о - вещество, с помощью которого осуществляется преобразование в термодина-мической системе. Параметры состояния (термодинамические). Параметры состояния - это величины, определяющие состояние системы в данный момент. Это а б с о л ю т н о е д а в л е н и е p, а б с о л ю т н а я т е м п е р а т у р а Т, у д е л ь н ы й о б ъ е м V. Состояние термодинамической системы может быть равновесным или неравновесным. Р а в н о в е с н о е с о с т о я н и е - если все термодинамические параметры постоянны во времени и одинаковы во всех точках системы. Изолированная система со временем всегда становится равновесной и сама из этого состояния не выходит. Д а в л е н и е - численно равно силе, действующей на единицу площади поверхности тела по нормали к последней:
В
системе СИ измеряется в паскалях Различают: Pизб - избыточное давление; Pатм - атмосферное давление; Pв - вакуумметрическое; P- абсолютное. P=Pизб+Pатм Параметром состояния является абсолютное давление p. Т е м п е р а т у р а - есть мера интенсивности теплового движения молекул. Согласно молекулярно-кинетической теории:
где k - постоянная Больцмана. Температуру, определенную по этой формуле называют абсолютной (термодинамической). Используют три температурные шкалы: шкала Кельвина (Т) - К - международная; шкала Цельсия (t) - °C - практическая (Европа); шкала Фаренгейта (t) - °F - практическая (Англия, США). Соотношение между шкалами: Т=t+273,15;
Удельный
объем - это объем, занимаемый единицей массы вещества. В системе СИ
измеряется в
Для равновесной термодинамической системы существует функциональ-ная связь между термодинамическими параметрами, называемая уравнением состояния. Термическое уравнение состояния в общем виде:
Уравнение состояния идеального газа: рv=mRT Для 1 кг газа: рv=RT где R= 8314/µ - характеристическая газовая постоянная Дж/(кг · К). Полученное соотношение называется уравнение Клапейрона. Реальные газы отличаются от идеальных наличием массы и взаимодейст-вием между молекулами. Наиболее простое уравнение состояния реального газа - уравнение Ван-дер-Ваальса:
Р а в н о в е с н ы й термодинамический процесс - когда все параметры системы при его протекании меняются достаточно медленно по сравнению с временем релаксации, т.е. промежуточные состояния системы можно рассматри-вать как равновесные. Их можно описать графически с помощью р,v - д и а г р а м м ы (Рис.1), называемой рабочей. Процесс, не удовлетворяющий этим требованиям - н е р а в н о в е с н ы й. О б р а т и м ы й п р о ц е с с - процесс, который может протекать через одни и те же равновесные состояния, как в прямом 1-2 так и в обратном направлениях и при этом не происходит остаточных изменений, как в самой системе так и в окружающей среде. Н е о б р а т и м ы й процесс не удовлетворяет этим условиям. Например, при конечной разнице температур при теплообмене. Изучение обратимых про-цессов немаловажно. Они служат для оценки степени совершенства реальных (необратимых) процессов. Рисунок 1. Термодинамические процессы в p,v-диаграмме.
|
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
.
Пересчет показаний приборов, используемых на практике, в паскали следующий:
.
.
,
либо 
;
;
.
где
составляющая 
-
учитывает силу взаимодействия между молекулами, а b - учитывает собственный
объем молекул.
При малых давлениях и больших удельных объемах уравнение (1.7) пре-вращается
в уравнение Клапейрона.
Термодинамический процесс - любое изменение термодинамического
состояния системы во времени вследствие воздействия на нее внешней среды.
Самопроизвольное возвращение системы в состояние равновесия называется релаксацией,
а промежуток времени, за которое система возвращается в равно-весие - временем
релаксации. 