Термодинамическая система. Рабочее тело. Внешняя среда

Техническая термодинамика как теоретическая основа теплоэнергетики

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ

ЛЕКЦИЯ 1

Наиболее актуальные задачи, которые решают с использованием термодинамики: создание летательных аппаратов, в том числе космических многоразового действия; проектирование тепловых и атомных электрических станций, магнитогидродинамических генераторов (установок для прямого преобразования теплоты в электрическую энергию), расчет и проектирование всех без исключения тепловых двигателей – паровых и газовых турбин, реактивных и ракетных двигателей, двигателей внутреннего сгорания, компрессоров, сушильных, выпарных установок, а также холодильных установок умеренного холода, холодильных установок глубокого холода, например, для получения жидких кислорода, азота, водорода, гелия и других газов; проектирование машин и разработка технологических процессов в пищевой, химической и других отраслях промышленности. В перечисленных задачах термодинамические процессы играют важную, а иногда и определяющую роль при выборе конструкции.

1.2. Предмет технической термодинамики и ее методы

Термодинамика изучает законы превращения энергии в различных физико-химических процессах, происходящих в макроскопических системах и сопровождающихся тепловыми эффектами.

Слово «термодинамика» происходит от греческого therme - тепло и dynamis - сила. Название науки возникло в период ее основания – в начале XIX в. В настоящее время слово «термодинамика» трактуется как «наука о силах, связанных с теплотой».

Исторически термодинамика сложилась в процессе изучения сравнительно узкого круга вопросов, связанных с работой тепловых двигателей, т. е. устройств, в которых за счет тепла, выделяющегося при сгорании топлива, получается механическая энергия.

Термодинамический метод исследования основан на законах (началах) термодинамики и представляет собой их логическое и математическое развитие. В чистом виде этот метод является строго феноменологическим, т.е. он базируется на эмпирических данных, устанавливает связи только между макроскопическими характеристиками процессов и оставляет в стороне молекулярно-кинетические представления о строении вещества. Термодинамика при изучении физических явлений допускает не только феноменологический, но и статистический подход. Во втором случае вещество рассматривается как совокупность очень большого количества микрочастиц, о состоянии вещества судят по характеру их движения.

Термодинамика построена дедуктивно: частные выводы получены из общих законов (начал). Принцип построения термодинамики прост. В основу термодинамики положены два основных закона (или, как иногда говорят, начала), установленных опытным путем. Первый закон термодинамики характеризует количественную сторону процессов превращения энергии, а второй закон устанавливает качественную сторону (направленность) процессов, происходящих в физических системах.

В зависимости от задач исследования рассматривают техническую, физическую, химическую термодинамику, термодинамику биологических систем и т.д.

Термодинамической системой называют совокупность материальных тел, (а также полей) находящихся в механическом и тепловом взаимодействии, а также обменивающихся друг с другом веществом.

Термодинамическая система имеет границы, отделяющие ее от окружающей среды. Тела не входящие в термодинамическую систему, наз. окружающей средой.

Термодинамическую систему отделяют от окружающей среды контрольной поверхностью или оболочкой.

В самом общем случае система может обмениваться со средой веществом (массообменные взаимодействия) и осуществлять тепловое взаимодействие, заключающееся в передаче теплоты между отдельными телами системы и между системой и окружающей средой. Такая система наз. открытой. Системы, в которых обмен веществ не происходит, наз. закрытыми системами.

Система, которая не может обмениваться теплотой с другими системами (окружающей средой) наз. теплоизолированной или адиабатной.

Система, не обменивающаяся с внешней средой или с другими системами ни энергией, ни веществом, называется изолированной или замкнутой.

Обмен энергией в форме теплоты или работы осуществляется между макроскопическими телами, которые принято называть рабочими телами. Обычно это пары и газы.

Дата добавления: 2014-11-29