Енергія та її види. Предмет та метод технічної термодинаміки

Інститут енергозбереження та енергоменеджменту

Кафедра теплотехніки та енергозбереження

С. М. Константінов

Технічна термодинаміка

Конспект лекцій

Київ, 2008

Лекція 1. 3.9.07.

Тема 1

Основні поняття та закони термодинаміки (стор. 5-11)

Енергія та її види. Предмет та метод технічної термодинаміки

Технічна термодинаміка -це наука, яка вивчає енергію. Рух – форма існування матерії. Енергія -кількісна міра руху. Існує багато форм руху: хаотичний, направле-ний, хімічний, внутрішньомолекулярний. Кожній формі руху відповідає свій вид ене-ргії: хаотичний – теплота, направлений – робота, в хімічних сполуках – хімічна енер-гія. Кожній науці, які вивчає технічна тер-модинаміка, відповідає свій вид руху та, відповідно, енергії:

§ електротехніка - напрямлений рух електронів;

§ механіка - механічна форма ру-ху, механічна енергія;

§ квантова механіка - рух малих частинок речовини;

§ хімічна термодинаміка – хімічна енергія.

Технічна термодинаміка розглядає хао-тичнийі направленийрухи.

Хаотичним називається рух, під час якого молекули газу рухаються в різних напрямках, і ні один із них не є переваж-ним.

Завдяки хаотичному рухові газ має такі дві властивості:

1. Він діє на всі стінки посудини, в якій він знаходиться, з однаковою силою.

2. Газ рівномірно заповнює весь об'єм, в якому він знаходиться.

Направлений рух – це рух, в якому мак-рочастини газу рухаються в певному нап-рямку.

В природі енергія в своїй більшості зна-ходиться в одних видах (переважно, в хімі-чному), а використовує людство її в інших видах (теплову та електричну). Перехід од-ного виду енергії в інший проходить через наявність фізичних тіл, які є носіями енер-гії і приймають участь у перетворенні одно-го виду енергії в інший. Такі фізичні тіла називаються робочими тілами. Це, як правило, газоподібні або рідинні тіла. Тех.-нічна термодинаміка в основному розгляд-дає газоподібні робочі тіла. Повітря є од-ним із робочих тіл. Газоподібні тіла, в яких діють лише сили щеплення між молекула-ми, а самі молекули являють собою матері-альні точки, що не мають об’єму. Вивчення властивостей реальних газів приводить до отримання складних математичних залеж-ностей, які неможливо використати в інже-нерних розрахунках, тому введено поняття ідеального газу.

Ідеальним називається газ, у якого від-сутні сили щеплення між молекулами, а самі молекули являють собою матеріальні точки, що не мають об’єму. Чим нижчий тиск і вища температура, при яких знахо-диться реальний газ, тим більше він наб-лижається до ідеального.

Енергія хаотичного руху молекул нази-вається внутрішньою енергією. Позначає-ться , для тіла масою m кг, одиниця вимі-рювання Дж.

Для 1 кг тіла:

, Дж/кг

Енергія направленого руху називається роботою.

, m кг, Дж.

Питома робота

, Дж/кг

Дуже легко перетворити енергію нап-равленого руху в хаотичну енергію.

Предмет технічної термодинаміки – виявлення законів взаємного перетворення енергії хаотичного і направленого руху, а також властивостей робочих тіл. Газоподіб-ні тіла розглядаються реальніта ідеальні.

Реальний газ – газ, у якого існують си-ли щеплення між молекулами, а самі моле-кули є тіла, що не мають об’єму. Вивчаючи властивості реальних газів, отримують складні математичні залежності, які неп-ридатні для інженерних розрахунків, тому введене поняття ідеального газу, тобто газу, в якому відсутні сили щеплення між моле-кулами, а молекули не мають об’єму. Чим нижчий тиск і вища температура, при яких знаходиться реальний газ, тим більше він наближається до ідеального.

Технічна термодинаміка використовує феноменологічний метод. Феноменологіч-ною величиною називається макровеличи-на, яка отримана на базі усереднення ве-ликої кількості мікровеличин.