Введение в специальность: Учебно-методическое пособие для студентов специальности "Промышленная теплоэнергетика", страница 3

В зависимости от круга рассматриваемых вопросов различают физическую, химическую и техническую термодинамику.

          Технической термодинамикой называется наука, изучающая вопросы взаимного превращения теплоты и работы. Ее основная задача заключается в обосновании теории тепловых двигателей.

          При изучении этой дисциплины студенты изучат: рабочее тело и основные расчеты с ним, законы идеальных газов, первый закон термодинамики, основные термодинамические процессы идеального газа; второй закон термодинамики, цикл Карно, водяной пар, диаграммы PV и TS,  hS  для водяного пара, основной цикл паросиловой установки.

          Теплотехника начала развиваться с середины ХVIII века, когда гениальный русский ученый М.В. Ломоносов отверг существовавшую "теорию теплорода" и создал механическую теорию теплоты.

          Наряду с зарубежными исследователями большой вклад в теплотехническую науку внесли ученые нашей Родины: Э. Х. Ленц, работавший над проблемой перехода электрической  энергии  в  тепловую;   М. П. Вукалович,  М. Ф. Окатов,  И. А. Вышнеградский,            И. П. Алымов, создавшие классические труды по термодинамике; А. Г. Столетов, М. А. Михеев по лучистому и конвективному теплообмену; М. В. Кирпичев по теории теплового моделирования;  Н. П. Петров,   К. В. Кирш,   В. И. Гриневецкий,   А. А. Радцич, Л. К. Рамзин, Э. И. Ромм, М. А. Стырикович, Г. Ф. Кнорре, К. Э. Циолковский, И. Н. Бутаков, заложившие основы паровых котлов и двигателей.

Первый закон термодинамики

          По этому закону теплота может превращаться в механическую работу или, наоборот, работа в теплоту в строго эквивалентных количествах.

Это означает, что из данного количества тепла, в случае его полного превращения в механическую работу, получается строго определенное и всегда одно и то же количество работы, точно так же как из данного количества механической работы при ее полном превращении в теплоту получается одно и то же и всегда определенное количество тепла.

Первый закон термодинамики является частным случаем закона сохранения и превращения энергии.

          Так, например, на тепловой электростанции химическая энергия при сгорании топлива в топке превращается в тепловую энергию в виде пара, энергия которого в паровой турбине (потенциальная энергия) превращается в механическую работу, которая далее превращается в электрическую энергию (на одном валу с турбиной находится электрический генератор).

          Итак,  если исчезает количество тепла Q и совершается работа L, то Q = L, где Q и L выражены в одинаковых единицах измерения (Дж).

          Первый закон термодинамики можно сформулировать также следующим образом:  невозможно создать машину, производящую работу, без того, чтобы эквивалентное количество энергии другого вида не исчезало. Такую машину называют перпетуум мобиле (вечный двигатель) первого рода.

Первый закон термодинамики, следовательно, утверждает перпетуум мобиле  первого рода невозможен, т.е. невозможно построить двигатель, который вырабатывал бы энергию, не потребляя какой-либо другой энергии, например, тепла, выделяющегося при горении топлива.

Математическое выражение первого закона термодинамики

Параметры состояния газа: а) давление б) температура в) удельный объем г) внутренняя энергия газа

          Если к 1 кг газа, заключенного в цилиндр с подвижным поршнем, подвести q единиц тепла, то в общем случае часть подведенного извне тепла расходуется на изменение внутренней энергии , а другая часть – на совершение внешней работы :

для 1 кг газа, кДж/кг, q = ,

          для G_кг  газа, кДж,

Q = ;

Q = qG;

;

L = G,

где       – изменение внутренней энергии;

L – работа, выраженная в тепловых единицах.

          В более общем случае, когда учитывается также увеличение скорости  видимого движения частиц газа (пара) при перемещении его в пространстве, математическое выражение первого закона термодинамики может быть представлено так: