Термодинамическая система

Глава 1. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ

Теплотехника – общетехническая дисциплина, изучающая методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принципы действия тепловых машин, аппаратов и устройств.

Техническая термодинамика изучает закономерности взаимного превращения тепловой и механической энергии и является (вместе с теорией теплообмена) теоретическим фундаментом теплотехники. На ее основе осуществляют расчет и проектирование тепловых двигателей – паровых и газовых турбин, реактивных и ракетных двигателей, двигателей внутреннего сгорания, а также всевозможного технологического оборудования – компрессор­ных ма­шин, сушильных и холодильных установок и т.д.

Рассматривая только макроскопические тела, термодинамика изучает закономерности тепловой формы движения материи, обусловленные наличием огромного числа непрерывно движущихся и взаимодействующих между собой микроструктурных частиц (моле­кул, атомов, ионов).

Физические свойства макроскопических систем изучаются статистическими и термодинамическими методами. Статистический метод основан на использовании теории вероятностей и определенных моделей строения этих систем и представляет собой содержание статистической физики. Термодинамический метод не требует привлечения модельных представлений о структуре веществ и является феноменологическим (т.е. рассматривает «феномены» – явления в целом).

Термодинамическая система представляет собой совокупность мате-риальных тел, находящихся в механическом и тепловом взаимодействиях друг с другом и с окружающими систему внешними телами.

Тела, не входящие в систему, называют окружающей средой. Систему отделяют от окружающей среды контрольной поверхностью (оболочкой). (Для простейшей системы – газа, заключенного в тон­ком цилиндре под поршнем, внешней средой является воздух, а контрольными поверхностями служат стенки цилиндра и поршень.)

Механическое и тепловое взаимодействие термодинамической системы осуществляют через контрольные поверхности. При механическом взаимодействии самой системой или над системой совершается работа. (Механическая работа производится при перемещении поршня и сопровождается изменением объема.) Тепловое взаимодействие заключается в переходе теплоты между отдельными телами системы и между системой и окружающей средой.

В общем случае система обмениваться со средой веществом (массообменное взаимодействие) - открытая. Если вещество не проходит через границы – система закрытая. Термодинамическую систему, которая не может обмениваться теплом с окружающей средой, называют теплоизолированной или адиабатной. Система, не обменивающаяся с внешней средой ни энергией, ни веществом, называется изолированной (или замкнутой).

Сами системы, осуществляющие взаимное превращение теплоты и работы (обычно это газы или пары) - называются рабочими телами.