Техническая термодинамика. Основные понятия и исходные положения термодинамики. (Лекция 1) презентация

машин 3. Теплопередача 4. Элементы строительной теплотехники

Разделы учебной дисциплины «Теплофизика»

264 с. 2. Базаров И.П. Термодинамика. М.: Физматлит, 1961. 292 с. 3. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энергоиздат, 1981. 416 с. 4. Богословский В.Н. Строительная теплофизика. М.: Высшая школа, 1970. 376 с.

Рекомендуемая литература

– раздел термодинамики, изучающий процессы, явления и устройства, в которых осуществляется всевозможное преобразование теплоты в работу. Термодинамика реализует феноменологический метод изучения физических явлений, т. е. не требует привлечения модельных представлений о структуре вещества и рассматривает явление в целом.

Предмет термодинамики

обмениваться с другими телами (между собой) энергией и (или)веществом. Система, не обменивающаяся энергией с внешними телами является изолированной.

Изолированная система с течением времени всегда переходит в состояние термодинамического равновесия и никогда самопроизвольно выйти из него не может (первый постулат термодинамики)

Термодинамическая система, обменивающаяся веществом с другими системами, называется открытой. Термодинамическая система, которая не может обмениваться теплотой с другими системами называется теплоизолированной или адиабатно-изолированной.

система, которая состоит из различных по своим свойствам частей, разграниченных поверхностями раздела. Состояния ТС : равновесное (стационарное), неравновесное (нестационарное). В неравновесной системе под действием градиентов параметров возникают потоки теплоты и вещества, стремящиеся вернуть ее в равновесное состояние.

ей величины, например – объем. Эти величины имеют аддитивный характер – общая масса системы равна сумме масс ее отдельных частей и т.п.

Интенсивные параметры – не зависят от массы и могут принимать вполне определенные значения в каждой точке системы.

Основные параметры: давление P, температура Т, объем V. Также параметрами являются внутренняя энергия U, энтальпия Н, энтропия S и др.

Параметры состояния

мера интенсивности теплового движения молекул.

где k – постоянная Больцмана 1.380622 10-23 Дж/К

К – по Кельвину, С – по Цельсию, R – по Реомюру, F – по Фаренгейту

которой ограничено рабочее тело, и определяется силой, действующей по нормали на единицу площади поверхности тела.

В соответствии с молекулярно кинетической теорией газа давление определяется как

Где n – число молекул в единице объема, m – масса молекулы, с – средняя скорость движения молекул.

1 Па = 1 Н/м2
1 бар = 105 Па

вещества:

Любой из параметров состояния системы является функцией других ее параметров:

М – масса рабочего тела, V – объем

Термодинамические параметры v, p, и Т в равновесном состоянии связаны зависимостью f (p, v, T) =0

температурой – называется уравнением состояния:

где каждая из переменных является функцией двух других

Идеальный газ – система, в которой можно пренебречь объемом молекул и силами их взаимного притяжения.

Из уравнения состояния получим приращение давления:

коэффициентов сжатия β и термическим коэффициентом давления k имеет вид:

Пользуясь этими соотношениями и уравнением состояния, получаем зависимость

Это соотношение справедливо при любом конкретном виде функциональной связи объема, давления и температуры в уравнении состояния

и v >> b это уравнение переходит в уравнение состояния идеального газа

Поправка b учитывает объем, занимаемый молекулами газа реального газа; так называемое «мертвое пространство», куда не могут проникнуть молекулы реального газа при движении, т.е. объем зазоров между молекулами при их плотной упаковки.
Таким образом:

молекулами реальных газов. Она представляет внутреннее давление, которое определяется из следующих соображений: два соседних элемента газа будут взаимодействовать с силой пропорциональной произведению количеств веществ, заключенных в элементарных объемах. Следовательно, внутреннее давление р2 определяется как:

где ρ – плотность газа.

Таким образом, полное давление складывается из внешнего и внутреннего давлений:

и vk, причем (v-vk)3=0. Отсюда:

На участке ВСА изотермы Т1 давление растет с увеличением объема
(dP/dV) > 0.
Данное состояние неустойчиво, поскольку здесь должны усиливаться малейшие флуктуации плотности.
Поэтому область ВСА не может устойчиво существовать.

называют процессом. Если при этом в любой момент времени температура и давление по всему его объему одинаковы, то такой процесс будет равновесным.

Термодинамические процессы, происходящие при неизменном значении какого-либо параметра состояния, называются изопроцессами.

котором имеется возможность возвращения системы из любого промежуточного или конечного состояния в исходное таким образом, чтобы во внешней среде не осталось никаких изменений.
При обратимом процессе работа, совершаемая системой при переходе из начального состояния в конечное – максимальна, а работа, затрачиваемая на обратный перевод – минимальна.

Все реальные процессы протекают с конечной скоростью и не являются равновесными или обратимыми.

равновесные) процессы. Реальный процесс может быть квазистатическим если время выравнивания параметров системы намного меньше времени их изменения.
Основной интерес представляют замкнутые (круговые) процессы, когда система проходит через ряд равновесных состояний и возвращается в первоначальное

Р0 = 0,1013 МПа, t0 = 0 oC, Vμ = 22.4 м3/(кмоль*К)

R – удельная газовая постоянная, Дж/(кг*К)

Для произвольной массы М:

Уравнение Менделееева – Клапейрона для 1 кмоль:

Rμ – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль*К)

– молекулярная масса смеси

Молекулярная масса некоторых газов

Для газовой смеси массой М уравнение состояния имеет вид:

gi, объемными ri или мольными ni долями.

i = 1.. n

Аналогично для объема:

Газовая постоянная:

равно сумме парциальных давлений компонентов, входящих в состав смеси:

Парциальное давление – давление, которое имеет газ, занимающий весь объем смеси при той же температуре.

Связь между массовыми и объемными долями