Файл: Лукьянов Н.Н. Основные понятия технической термодинамики учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 02.08.2024
Просмотров: 55
Скачиваний: 1
- 24 -
большое практическое значение. Все реальные газы при вы
соких температурах и малых давлениях почти подностьи под
ходят под понятие |
идеальный г а з |
и практически |
по |
свойствам |
||||||||
не отличаются |
от |
н его . Действительно, увеличение |
темпера |
|||||||||
туры и уменьшение давления вызывают увеличение объема, |
при |
|||||||||||
котором в связи о большими расстояниями между молекулами |
||||||||||||
произойдет |
уменьшение |
сил |
сцепления. Идеальным газом, |
сле |
||||||||
довательно, |
становится |
любой, |
существующий |
в природе г а з , |
||||||||
когда давление |
его стрѳмитоя |
к нулю ( /> — - |
0 ) , |
а |
объем |
к |
||||||
бесконечности |
( V —» » ) , |
т . е . |
в |
состояниях, |
близких |
к |
пре |
|||||
дельному. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вопрос |
о |
том, мохѳт |
ли тот |
или иной г а з , |
в |
том или |
||||||
ином состоянии |
рассматривать как идеальный, зависит от |
|||||||||||
заданной степени точности расчетов. Для теплоэнергетиче |
||||||||||||
ских расчетов |
вполне допустимо считать идеальными |
все |
га |
|||||||||
зы, встречающиеся в теплотехнической практике |
(Hg; |
Ogj |
||||||||||
СО; С02 ; СН4 |
и д р .) , |
за |
исключением водяного |
пара, |
встре |
чающегося при расчетах в двоякого рода состояниях. В пер
вом |
случае, |
водяной пар |
входит как составная часть в г а зо |
вые |
см еси, |
получающиеся |
при горении топлива внутри цилинд |
ров тепловых двигателей (двигатели внутреннего сгорания). Здесь водяной пар, имея вЬсокую температуру и низкое
давление, может считаться идеальным газом . |
|
|
|
Другой |
случай - применение водяного пара |
в |
качест |
ве рабочего |
тела в паровых двигателях (например, |
в |
паро |
вых турбинах) или теплообменных аппаратах. Здесь он нахо дится в состояниях, близких к состоянию жидкости (где
- 25 -
связи между молекулами по сравнению с парообразным состоя нием - велики), что не позволяет его отнести к идеальным газам .
2 - 3 . ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
При термодинамическом исследовании какого-либо явле ния в качестве объекта исследования выделяется группа тел, единичное тело или его отдельные части. Объект изучения называется ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ, а все находящееся вне его границ - ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ.
Термодинамической системой явдяютоя, например, рассмот ренные ранее рабочие тела . В некоторых случаях понятие тер модинамической системы расширяется з а счет включения в нее окружающих внешних тел ( т . е . окружающей среды ).
Рассматриваемая совокупность материальных тел может
находиться |
в механическом и |
тепловом |
взаимодействии |
||
друг с другом |
и с окружающей |
(внешней) |
средой. |
|
|
Система с |
тепловым взаимодействием |
с окружающей |
ср е |
||
дой обладает тепловой степенью свободы, |
означающей |
сооб |
|||
щение тепла системе из окружающей среды, |
или наоборот, |
||||
окружающей |
среде из системы. |
|
|
|
Система, взаимодействующая механически с окружающей средой, обладает механической степенью свободы, которая
-2 6 -
проявляется в изменении объема системы (он либо уве личивается, либо уменьшается).
Рассмотрим один из простых примеров термодинами ческой системы ( рис. 5 ).
Рис. 5 . Пример термодинамической системы.
|
Между передней крышкой цилиндра I и подвижным |
||||
поршнем 2 заключено рабочее тело 3 в виде, |
например, |
||||
идеального газа, представляющего в данном |
примере |
сис |
|||
тему. Слева от цилиндра находится источник |
тепла (ИТ). |
||||
Но поршень цилиндра справа может де 'ггвовать сила, |
|
||||
навираемая источником роботы (ИР). Источник тепла, |
ис |
||||
точник |
рботы, цилиндр, |
поршень,, воздух который окружа |
|||
ет их, |
стены машинного |
зола, |
где находится |
цилиндр |
с |
поршнем,в данном примере - окружающая среда. Особен |
|||||
ность термодинамического последования заключается в |
|||||
том, что подробному(Всестороннему анализу |
подвергает |
||||
ся ПОВЕДЕНИЕ СИСТЕМЫ, а |
среда |
изучается только в той |
мере, в какой она взаимодействует и влияет на состоя
ние системы. Термодинамическую систему, |
которая не об |
|
менивается теплом |
окружающими телами, |
называют |
ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННОЙ |
или АДИАБАТИЧЕСКИ ИЗОЛИРОВАННОЙ |
|
системой. |
|
|
27
Такая система потенциально располагает только одной степенью свободы - механической .Примером теплоизолирован ной системы является rarf находящийся в сосуде, стенки ко торого покрыты идеальной тепловой изоляцией, исключающей теплообмен между газом и окружающими телами.
Система,не обменивающаяся работой с источником работы,,
называется МЕХАНИЧЕСКИ ИЗОЛИРОВАННОЙ системой. Такая с и :т е -, ма потенциально располагает тоже тьльхо одной степенью свободы - тепловой. Термодинамическая система, не взаимо действующая с окружающей средой, назвается ИЗОЛИРОВАННОЙ
или ЗАМКНУТОЙ системой или |
системой без |
степени свободы. |
||
Система, имеющая во всех |
своих частях |
одинаковый |
||
состав |
и физические |
свойства, |
называется |
ОДНОРОДНОЙ. |
В связи |
о введенными |
понятиями о степенях |
свободы будет |
уместно указать, что тепловые двигатели, представляя со
бой |
машины для непрерывного преобразования тепла в рабо |
||
т у , |
являются машинами с двумя степенями свободы. Отметим |
||
здесь , что термодинамика первоочередно изучает свойства |
|||
так |
называемых равновесных |
систем (см.П - 2 - 9 ) . |
|
|
Условно работу, совершаемую системой над окружающзй |
||
средой (расширение),принято |
считать положительной, |
а раво- |
|
т у , |
совершаемую окружающей |
средой над системой, - |
отрица |
тельной, Эта условность учитывается при расчетах.
28
2-4. Свойства и состояние системы
Свойством системы является любая наблюдаемая ХАРАКТЕРИСТИКА системы.Состоянием называется совокуп ность свойств системы в данный момент времени.
Следовательно, состояние системы характеризуется одним или многими свойствами.
8 термодинамике этими свойствами являются - фи
зические величины, называемые параметрами или функциями состояния. Параметрами состояния может быть целый ряд ве личин: температура - Т. давление - р,удельный объем - іг, энтальпия-і., внутренняя энергия - и, энтропия - 5 и др.
Изменение свойства определяется только начальным и
конечным состоянием системы и не зависит от пути перехо да системы из одного состояния в другое.
Справедливо и обратное положение .Если при переходе
( истеки из одного состояния в другое изменение любого пара метра не будет зависеть от пути перехода системы и опреде ляется только начальным и коночным состоянием системы, то наблюдаемая величина является параметром системы.
Параметры, состояния могут записать или не зависеть от количества вещества системы.
Параметры, величины которых пропорциональны количест ву вещества системы, называются ПКСТЕНСИПНІШ! ПАРАМЕТРАМИ.
29
Действительно,если систему, например,состоящую из водорода или кислорода,разделить на части, то объем ка ждой части будет прямо пропорционален количеству содер
жащегося в нем водорода или кислорода.Экстенсивные пара
метры следуют закону сложимости (аддитивности) отдель
ных частей системы, к ним относятся: с^ъем,энтальпия, энергия,энтропия и др.
Параметры состояния, не зависящие от количества ве щества системы, называются ИНТЕНСИВНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ. Они не подчиняются закону сложимости.К ним относятся:
температура, давление и др.
Действительно, температура и давление разделенной
системы, состоящей, например, из водорода или кислорода, не изменяются при делении и будут оставаться равными
прежнем температуре и |
давлению до деления. |
|
2 -5 .Основные |
параметры состояния |
pt 1, |
При отсутствии силовых полей (электромагнитного,гра- |
||
вита"Ионного и др.) состояние однородного тела может |
||
быть однозначно определено тремя параметрами |
- темпера |
турой, давлением, удельным объемом - называемыми ОСНОВ НЫМИ.
Эти три параметра не являются независимыми величи нами и,как будет показано далее (см. П - 2 - Ю ),связа ны между собой вполне определенными математическими за висимостями. Их выбор в качестве основных вытекает из рас смотрения условий энергообмена системы с овружаютзй сре дой в зависимости от степеней свободы