Файл: Лукьянов Н.Н. Основные понятия технической термодинамики учеб. пособие.pdf

-1 0 -

Г-?.ФЕН0МЕН0Л . ГИЧЕСКИЙ И СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОДЫ

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ .

Дня термодинамического исследования свойств тел и процвссов,изменения их состояния применяются два метода исследОппния '.феноменологический и статистический .Термодинамика, основанная на феноменологическом методе исследования,пред­ ставляет собой логическое развитие двух законов термодина­ мики и теорем« Нернста, из которых математическим путем выводится различные частные следствия, в справедливости которых можно убедиться из опыта.

При феноменологическом методе нет надобности строить какие-либо гипотезы относительно молекулярного строения вещества и рассматривать внутренний механизм явлений.Не­ смотря пп то, что все свойства физических систем обуслав­ ливаются внутренним молекулярным движением в них,фено»*>но логический метод позволяет определять многие свойства, не прибегая к понятиям их молекулярного строения .Выводы, по­ лучаемые при применении Феноменологического метода, обла­ дают большой догтоверностм'.К недостаткам этого метода следует отнести отсутствие наглядности, невозможность объ­ яснения причин происходящих процессов, что в своей крайно­ сти может привести к чисто Формальному положению научного материала.

•'тнет на вопрос о причинах происходящих явлений дает второй метод исследования - статистический,который с самого начала исходит из молекулярных понятий строении тел, что приводит к молекулярнокинетическому обоснованию результА-

применяются уже законы теории вероятностей.Важное отличив

лярно-кинетической теории вѳирства .При феноменологическом

же методе эти исходные соотношения получаются из опыта,или

заимствуются из молекулярно-кинетической теории.

С периода образования термодинамики ее основным мето­

дом исследования является феноменологический.Но только ов­ ладение обоими методами исследования , условно существую­

-1 2 -

реальных установках. По этоиу поводу В.И.Ланин говорил: "От живого созерцания к АБСТРАКТНОМУ МЫШЛЕНИЮИ ОТ НЕГО К ПРАКТИКЕ - таков диалектический путь ПОЗНАНИЯ ИСТИНЫ, познания объективной реальности (В.И.Ленин, философские тетради, I9A7 г.^ стр,ІА6-ІД7).

1-3. СОВРЕМЕННОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ ТЕРМОДИНАМИКИ

В зависимости от конкретной области применения и соответственно ОТ СОСТАВА МАТЕРИАЛА И ЦЕЛЕЙ ИССЛЕДОВА­ НИЯ термодинамику разделяют на физическую (ооцу химическую и техническую термодинамику.

ФИЗИЧЕСКАЯ ИЛИ ОБЩАЯ ТЕРМОДИНАМИКА изучает общие теоретические основы термодинамики и их приложение пре­

имущественно к физическим явлениям. Она изучает законе-

5

мерности теплового движения, процессы превращения энергии в твердых, жидких, газообразных телах, излучение различных тел. Она также изучает не только тепловые, но и электрические, магнитные и другие явления, однако изучение этих явлений она проводит с точки зрения особенностей теплового движения в них.

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА имеет своей целью приме­ нение основных принципов термодинамики к химическим и физико-химическим процессам, т .е . изучение теплового эффекта различных химических реакций, расчет химическо­ го равновесия и т.д .

-1 3 -

ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА является приложением двух законов термодинамики к процессам взаимного превращения теплоты и работы. Ее основной задачей является разработ­ ка ТЕОРИИ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН.

Она устанавливает взаимосвязь между тепловыми, хи­ мическими и механическими процессами, совершающимися в тепловых двигателях, холодильных машинах, изучает процессы, происходящие в газах и парах, а также свойства этих тел при различных условиях.

Техническая термодинамика широко применяет ряд разделов физической и химической термодинамики.

В соответствии с учебными программами для различных специальностей ВУЗов СССР (энергетических, химико-техно­ логических, металлургических и т .д .) созданы три рода учебников и учебных пособий, отличающихся различным со­ ставом изучаемого материала: "Термодинамика", "Химичес­ кая термодинамика" и "Техническая термодинамика". Кроме того, издаются учебники и учебные пособия,где термоди­ намика является одним из разделов. Например, в книгах "Общая теплотехника" включается раздел технической тер­ модинамики, в книге "Физическая химия" - раздел химиче­ ской термодинамики и т.п .

І-Д. МЕТОДЫ КРУГОВЫХ ПРОЦЕССОВ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПОТЕНЦИАЛОВ

Термодинамический метод исследования различных физических явлений заключается в применении к ним

- 1 4 -

первого и второго законов термодинамики. Применение этих законов для решения конкретных физических задач осущест­ вляется в термодинамике двумя методами: МЕТОДОМ КРУГОВЫХ ПРОЦЕССОВ (ИЛИ ЦИКЛОВ) И МЕТОДОМ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПОТЕНЦИАЛОВ. Рассмотрим метод циклов, исторически первым введенный в термодинамику С.Карно и Р.Клаузиусом в

первых десятилетиях 19 века, и до сих пор находящий в ней широкое применение.

В термодинамике особо важное значение придается

изучению процессов, в которых изучаемая система, претер­ пев ряд изменений, возвращается к своему первоначальному состоянию. Такой теоретический процесс называется циклом или круговым процессом.

Сущность метода циклов состоит в том, что для установления определенной закономерности того или иного явления рассматривается подходящим образом составленный

теоретический цикл, к которому применяются математические уравнения первого и второго законов термодинамики. С помощью этих уравнений определяются необходимые величины, например, максимальная с термодинамической точки зрения экономичность цикла, оцениваемая термическим коэффициентом полезного действия ^ t (см.П-2-І7) и др. Для установле­

ния той или иной закономерности метод циклов может быть применен для решения любой задачи, но успех решения зависит от выбора подходящего цикла. Сам хе выбор цикла ничем не определяется, что является ухе недостатком этого метода. К год циклов находит ОСНОВНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

- 1 5 -

В ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКЕ. Метод термодинамических потенциалов, созданный в конце 19 века Гиббсом, является чисто математическим методом. Смысл этого метода заключа ѳтся в том, что совместное применение двух законов гермо динамики для систем, находящихся в различных условиях, позволяет вводить величины, не зависящие от характера процессов. Эти величины называются термодинамическими потенциалами. По изменению термодинамических потенциалов составляются уравнения, определяющие различные свойства тел, отличные от их свойств в исходных состояниях.

Метод термодинамических потенциалов находит ОСНОВНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ В ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКЕ, где вопросы, связанные с химическими процессами, с помощью круговых процессов решаются гораздо труднее. При термодинамичес­

ком методе исследования различных физических явлений с помощью первого и второго законов термодинамики монет участвовать множество взаимодействующих тел, так или

иначе связанных между собой. Однако основным методичес­ ким приемом термодинамики при изучении какого-либо физического явления, является ВЫДЕЛЕНИЕ В КАЧЕСТВЕ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ совершенно конкретного физического объекта, называемого термодинамической системой (ТДС), все подробности о которой приводятся в разделе П; 2-5. Изучив весь выш , 'веденный материал по

методике термодинамики ( і; 1-2; І-Д ), можно сделать основной вывод при се применении: а) В ТЕХНИЧЕСКОЙ

16

ТЕРМОДИНАМИКЕ подлежит изучение конкретный физический

объект - термодинамическая си стем а (ТД С);

б) Изучая свойства тел, входящих в термодинами­ ческую систему, и процессов, совершаемых в ней, можно полностью пренебречь молекулярными представлениями о строении тел системы, или ,' наоборот, исходить из них; в) Из всех процессов, возможных в термодинамичес­ кой системе, особо важное значение приобретает круговой

процесс - цикл, для которого конечные и начальные сос­ тояния одинаковы.

П.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ 2-1 .РАБОЧЕЕ ТЕЛ0. ТЕПЛООТДАТЧИК .ТЕШІОПРИЕШИК.

Для уяснения существа некоторых терминов рассмот­ рим несколько призеров устройства и работы реальных ма­ шин и установок, которые, не являясь объектами исследова­ ния термодинамики, помогают освоению понятий ее терми­ нов: рабочее тело, т.еплоѳтдатчик, теплоприемник и др.

17