Основные определения термодинамики

Краткий конспект лекций по

Технической термодинамике

Для лиц, обучающихся по программам переподготовки.

Особенности термодинамики, как науки

Термодинамика – наука о свойствах энергии в различных её видах и законо­мерностях перехода её от тела к телу, из вида в вид.

Термодинамика подразделяется на:

1) физическую термодинамику (общую);

2) техническую термодинамику;

3) химическую термодинамику;

4) термодинамику электрических и магнитных явлений и т.д.

Также в целом:

1) равновесную (классическую);

2) неравновесную (находится в стадии развития).

Особенности термодинамики, как науки:

1) Термодинамика -наука дедуктивная, так как позволяет получить наиболее об­щие закономерности, которые могут быть применены к конкретным частным случаям.

2)Термодинамика – наука макроскопическая, так как она не рассматривает про­цессы на уровне микрочастиц. В этом заключается её сила и слабость. Термоди­намике чужды представления о модельном строении вещества. Все кардинальные изменения в представлениях о строении вещества не сказыва­ются на основных результатах термодинамики и в этом её сила. А слабость – в том, что термодинамика не может получить некоторые требуемые соотноше­ния и вынуждена заимствовать эти результаты у других наук, например, об­ращаться к теоретической или экспериментальной физике.

3) Термодинамика –наука феноменологическая, так как некоторые положения в термодина­мике не имеют должного теоретического основания и берутся лишь на основании многочисленных опытов и экспериментов.

4) Термодинамика, как наука, базируется на понятии макроскопического равновесия, т.е. рассматривают состояния систем тогда, когда все термодинамические про­цессы находятся в равновесном состоянии. Макроскопическое равновесие не означает прекращение взаимодействия на уровне микрочастиц.

Основные определения термодинамики.

 

Система – тело или совокупность тел, являющихся объектов изучения.

Окружающая среда – все остальные тела.

Процесс – изменение физических параметров системы, проявляющееся в изменении ее термодинамических параметров состояния.

Например, если объектом изучения является газ в цилиндре под поршнем, то системой является газ, а все остальное – окружающая среда.

В инженерных расчетах и формулах термодинамики используется удельный объем системы

, ,

 

где,m – масса системы, кг; W, - объём системы, м³.

Плотность системы

,

При тепловом(термическом) взаимодействии имеет место обмен теплотой между системой и окружающей средой. В ходе развития науки было установлено, что при тепловом взаимодействии всегда изменяется физическая величина, называемаяэнтропией.

В расчетах в основном используется удельная энтропия S,Дж/(К*кг)

Энтропия, как термодинамический параметр системы, на опыте не определяется, так как нет приборов для ее измерения. Значение энтропии вычисляется по формулам термодинамики, которые будут рассмотрены далее.

Общее определение энтропии – это мера неупорядоченности системы. Чем больше беспорядок в системе, тем больше ее энтропия.Для понимания физического смысла энтропии полезно знать,что изменение энтропии в изотермическом процессе определяет количество подведенной или отведенной теплоты:

Q _T = T∙∆S.

Во всех формулах термодинамики используется только абсолютное давление р, Па.

Манометры показывают р _ман- превышение давления в системе над атмосфер­ным (барометрическим) давлением В, поэтому

p = p _ман + В.

Если в системе имеется разрежение (вакуум) и p _вак – показания вакуум­метра, то

р = B – p _вак,

При измерении давления ртутными приборами в мм.рт. столба следует иметь в виду, что показания этих приборов (ртутного манометра, барометра) зависят не только от величины измеряемого давления, но и от температуры ртути в приборе. При положительных температурах плотность ртути меньше, а ее удельный объём выше, следовательно, показания приборов будут выше, чем при 0°C. При температурах ниже 0°C соотношение будет обратным. Показа­ния ртутных приборов для измерения давления всегда приводятся к 0°C.

 

Таблица 1: Поправка на давление ртутных приборов при разных температурах ртути.

Температуры столба ртути
Поправка на 1000 мм.рт.ст.		0,87	1,73	2,59	3,45	4,31	3,17

 

Для ртутного барометра, кроме таблицы поправок, также используется формула

B ₀ = B (1-0.000172 t),

где, B₀ – барометрическое давление, приведенное к 0°C;

B – показания барометра при температуре ртути t°C.

Если t>0, то поправку вычитают, если t<0 – прибавляют.

Как показывает опыт при тепловом взаимодействие, теплообмен возможен только при наличии разности температур между системой и окружающей средой.

В качестве такой температуры в термодинамики используется абсолютная термодинамическая температураТ, К

T = t^°C + 273,15,

Температура по шкале Фаренгейта (t°F) в термодинамике не используется.

t°F = t^°C + 32,

Наиболее точно абсолютная температура определяется по показаниям газовых термомет­ров.