Основные понятия термодинамической системы

Техническая термодинамика.

Техническая термодинамика - раздел термодинамики, занимающийся приложением законов  термодинамики  в теплотехнике. Термодинамика - наука о превращениях различных видов энергии из одного  в другой. Термодинамика  состоит из 2 слов– theme- тепло и dynamis- сила, т.е. наука о силах, связанных с теплотой.

  Термодинамика основана на двух законах.

1-ый. Закон преобразования и сохранения энергии. Применительно к процессам, изучаемым в термодинамике: «Невозможен процесс возникновения или исчезновения энергии».

2-ой.Закон определяет направление течение реальных неравновесных процессов: «Невозможен процесс, имеющий единственным своим результатом превращение теплоты в работу».

В 1906 г. Нернст сформулировал 3-е начало термодинамики, в котором предположил, что с приближением абсолютной температуры к нулю интенсивность теплового движения и энтропия стремятся к нулю. Отражает принип недостижимости абсолютного нуля температур.

Существует понятие так называемого нулевого начала термодинамики. Оно формулируется в виде аксиомы: все тела при тепловом равновесии обладают температурой. Нулевое начало термодинамики является исходным положением термодинамики, т.к. тепловое движение происходит во всех телах. Оно неуничтожимо как неуничтожимо всякое движение в природе.

Большое значение имеет введение понятия (Ж. Гюи и А.С. Стодолой) работоспособности теплоты или максимальной полезной работы, которую можно получить от имеющегося количества теплоты в заданном интервале температур.В 1956г. Рант дал этой величине название «эксергия». В отличие от энтропие от энтропии, всегда возрастающей в реальных процессах, в отличие от энергии, количество которой строго сохраняется (согласно 1-му з-ну термодинамики), эксергия-запас работоспособности или это то количество полезной работы, которое можно получить от имеющейся теплоты в заданном интервале температур.

 

Объектом изучения т/д-ки является т/д-ая система.

 В термодинамике различают термодинамическую систему или тело, отличную от окружающей среды.

Термодинамической системой называется рабочее тело или совокупность рабочих тел, находящихся в энергетическом взаимодействии между собой и окружающей средой. Тела, входящие в термодинамическую систему делятся на: рабочее тело, источники теплоты и объект работы.

Рабочие тела - это газы и пары, т.к. их удельный объем значительно меняется в зависимости от давления и температуры.. Рабочее тело в тепловой машине получает или отдает тепло, взаимодействуя с более нагретыми или холодными внешними телами, называемыми источниками теплоты. Тело, которое отдает теплоту и не изменяет своей температуры, называется верхним источником теплоты (ВИТ) или теплоотдатчик. А тело, которое получает теплоту и не изменяет при этом свою температуру(Т), называется   низшим источником теплоты (НИТ) или теплоприемником. Простейшим примером термодинамической системы служит газ, находящийся в цилиндре с поршнем.

 

Q =Q +L

 

Рис.2. Термодинамическая система:

1.цилиндр; 2.поршень; 3. кривошипно-шатунный механизм.

                                                 

Термодинамическим состоянием системы(тела) называется совокупность физических свойств, присущих данной системе.

Термодинамическими параметрами называются макроскопические величины, характеризующие в целом физические свойства тела в данный момент времени.

Термические параметры – температура(Т), давление(Р), удельный объем(V)

Калорические параметры – энтальпия(Н), энтропия(S), внутренняя энергия(U).                              Равновесным термодинамическим состоянием называется состояние рабочего тела, которое не изменяется во времени без внешнего энергетического воздействия. Все параметры рабочего тела одинаковы по массе и равны соответствующим параметрам окружающей среды.

Термодинамическим  процессом называется последовательное изменение состояния рабочего тела, происходящее в результате энергетического взаимодействия с окружающей средой.

Всякий процесс изменения состояния рабочего тела представляет собой отклонение от состояния равновесия. Равновесным или квазистатическим называется  процесс, протекающий настолько медленно, что в системе устанавливается равновесное состояние в каждый момент времени. В противном случае процесс будет неравновесным.

Система называется открытой, если она может обмениваться со средой массой. Система называется закрытой, если этого не происходит. Выделяют изолированную систему, не вступающую в обмен со средой ни массой, ни энергией, ни теплом.

Обратимым называется т ермодинамический  процесс, который протекает через одни и те же равновесные состояния, как в прямых, так и обратных направлениях, так что в системе не происходит никаких остаточных изменений. Процессы, не удовлетворяющие этому требованию называются необратимыми. Обратимые процессы в чистом виде в природе и технике не встречаются, т.к. протекают с конечными скоростями и в рабочем теле не успевает установиться равновесное состояние.

 Круговые процессы (циклы) – процессы, в результате осуществления которых рабочее тело возвращается в исходное состояние.