Техническая термодинамика: Учебное пособие (Главы 1-7: Техническая термодинамика. Основные понятия и определения. Смеси идеальных газов), страница 5

Процесс называется обратимым, если возможно возвращение системы в исходное состояние с возвращением к исходному всех параметров системы. В противном случае процесс является необратимым.

Равновесность процессов осуществляет их обратимость. Пример: медленное сжатие и такое же медленное  расширение ® в окружающей среде не оставляет никаких следов, совершившихся в системе процессов.

Тот же процесс, проведенный достаточно быстро с конечными скоростями является необратимым. Работа сжатия будет больше равновесной, работа расширения - меньше или в лучшем случае равна ей. Даже если вслед за быстрым сжатием предусмотреть медленное расширение, газ будет не в состоянии вернуть в полном количестве  работу, затраченную на его сжатие ® неизбежны отличия конечного состояния от исходного: внутренняя энергия газа окажется более высокой чем перед сжатием.

Резюме: понятия равновесность - обратимость; неравновесность - необратимость - адекватны.

Уравнения состояния с двумя степенями свободы могут быть представлены графически в виде некоторой поверхности, которую называют термодинамической или поверхностью состояний.

Рис. 1.1.

1 - поверхность состояний; ДА - фигуративные точки;

ВС - изохорный процесс; АС - изотермический процесс;

ЕВ - изобарный процесс; АВ - линия процесса

Любое  равновесное  состояние системы изображается на поверхности состояний точкой ( ДА) с координатами Тд; Рд; uд .

Точка А на поверхности состояний называется изображающей

( фигуративной ).

Совокупность таких точек дает на поверхности состояний линию АВ, называемую линией процесса.

На практике удобнее пользоваться двухмерными изображениями в виде проекций линий процессов на соответствующие плоскости.

Сечение поверхности 1 плоскостью ^ оси uдает на плоскости ТР изохорный процесс (ВС): Т = f(P) или Р = f(Т)  при u  const.

Сечение плоскостями ^ оси Т дает изотермический ( изотермный ) процесс: (АС) на плоскости Рu. Изображение процессов на этой плоскости часто называют u Р - диаграммой или рабочей диаграммой процессов. Р = f(uпри Т = const.

Сечение плоскостями ^ оси Р определяет на плоскости Тuизобарный процесс ЕВ: u = f (T) при P = const.

В системе  u P - диаграмм.

Рис. 1.2. 

Существенное значение в термодинамике имеют замкнутые или круговые процессы, то есть такие термодинамические процессы при которых система, пройдя через ряд последовательных состойний, возвращается в исходное. Такие процессы называют термодинамичес-кими циклами.

Изменение параметра состояния в любом термодинамическом процессе не зависит от вида процесса, а определяется только начальным и конечным состоянием системы. ® Любой параметр состояния является также и функцией состояния системы.

Существуют параметры, не зависящие от массы ( Т, Р) - интенсивные и зависящие от массы системы ( энергия, скорость, энтропия ) - аддитивные ( экстенсивные ).

1.6. Внутренняя энергия

Энергия - фундаментальное понятие в термодинамике.

Сумма всех работ, произведенной окружающей средой над системой и количество теплоты, подведенной к ней извне, понимается как приращение энергии системы DЕ,происшедшее в результате термодинамического процесса:

åL е k + Q = DЕ ,                                                           ( 1.1)

k

DЕ - зависит исключительно от начального и конечного состояний системы и не зависит от характера термодинамических процессов. ® DЕ ®  функция состояния системы.

Энергия изолированной системы остается постоянной при любых условиях взаимодействия образующих ее элементов.

Закон сохранения энергии:

- для циклов DЕц = fdE = 0;

- для системы энергия ( из определения) - мера способности системы производить работу против окружающей среды и отдавать теплоту.

Часть энергии системы, не связанная с положением системы в поле внешних сил и с движением системы относительно окружающей Среды - внутренняя энергия системы (DU).