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

- 52 -

Измеряется работа в системе СИ в джоулях (дж), в технической системе единиц (мкс) в килограммометрах (кгм).

ТЕПЛО. Сущѳотвуют виды энергообмена немеханического происхождения, не связанные с совершением работы одного тела над другим. Такой способ энергообмена осуществляет­ ся, например, в процессах теплопередачи при непосредствен­ ном контакте между двумя телами, обладающими разной тем­ пературой, или разными средними кинетическими энергиями их молекул. При этом энергия передается от более нагрето­ го тела к менее нагретому. Поскольку передача энергии этим способом происходит от одного тела я другому, без ви­ димого движения тел, ее называют микрофизической формой передачи энергии, а количество энергии переданной от одно­ го тела к другому, называют КОЛИЧЕСТВОМ ТЕПЛОТУ, или прос­ то ТЕПЛОТОЙ, а сам способ - передачей энергии В ФОРМЕ ТЕПЛОТЫ.

ТЕПЛО НК СОДЕРЖИТСЯ В ТЕЛАХ, в них заключена внутрен­ няя энергия, передаваемая только в ПРОЦЕССАХ энергообмена между телами.

Первые понятия"количество тепла", "теплоемкость", сложились в эпоху господства'теории теплорода, (в двадца­ тых годах ХУШв .), по которой теплота трактовалась как нечто заполняющее физическую материя, что она есть "вещь", "субстанция". Тогда с этой точки зрения имело смысл выражение"сколько теплорода",т.е.теплородной невесомой жидкости

- 53 -

содержит данное тело, или какое количество теплородной жидкости может в нем поместиться или быть переданным дру­ гим телам.

ря на давно доказанную несостоятельность теории теплорода,

торжества молекулярно-кинетической теории и энергетическо­ го объяснения тепловых процессов, мы, в силу ПРИВЫЧКИ,

продолжаем пользоваться устаревшими терминами. Но при атом

Измеряется тепло в системе СИ в джоулях (дж), а в техниче­ ской системѳ единиц в килокалориях (ккал).

Два рассмотренных способа передачи энергии не являются равноценными.

Действительно,работа может непосредственно.пойти на увеличе­

- 54 -

ние многих других видов энергии (например, электрической) теплота же непосредственно, т .е . без предварительного

преобразования в работу, может пойти только на увеличение внутренней энергии тел.

В общем случае передача энергии в форме работы и в

форме теплоты может происходить одновременно, но в различ­ ных термодинамических процессах в зависимости от условий их протекания количество теплоты и работы будут различным

По СИ, работа, тепло, внутренняя энергия измеряются

одной и той же единицей - джоулем, хотя исторически полу­ чилось, что для количества теплоты и внутренней энергии была введена другая единица измерения - килокалория, от­

любое изменение состояния под влиянием энергообмена меж­ ду системой и средой. Серия различных состояний,через ко­

Не все параметры обязательно должны изменять свое состояние, некоторые из них могут оставаться неизменными, во все же при этом имеет место процесс изменения состоя­ ния.

Основными характеристиками термодинамических процес­ сов являются работа и количество тепла. Следует разливать нижеследующие виды термодинамических процессов: *

а) Равновесные - квазистатические и

- 55 -

неравновесные - нестатические процессы; б) Обратимые и

необратимые процессы; в) Круговые процессы.

2-9. Равновесные процессы

о

Если внутреннее состояние системы (рабочее тело) характеризуется одинаковым давлением в любой ее точке, то такое состояние системы называется состоянием МЕХАНИ­ ЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ.

Если внутреннее состояние системы характеризуется одинаковой температурой в любой ее точке, то такое сос­ тояние системы называется состоянием ТЕПЛОВОГО РАВНОВЕ­ СИЯ. Следовательно, для внутреннего равновесного состоя­ ния системы необходимо и достаточно соблюдения в нем ме- - ханического и термического равновесия.

Если равновесная система будет изолирована от среды, то ет внутреннее равновесие во времени может сохраняться сколь угодно долго. Система может оставаться в состоянии внутреннего равновесия, если с него даже будет снята аб­ солютная изоляция от среды, но при условии ОДИНАКОВОСТИ * параметров состояния системы и среды.

Иное положение создается, если состояние внутренне­ го равновесия системы будет отлично от состояния среды.

Воздействие внешней среды на систему, осуществляемое' через их поверхность соприкосновения,например, в процессах расширения или сжатия, будет передаваться вглубь (внутрь)

- 56 -

системы, что приведет к отклонению состояния равновесия. В этом случае система будет изменять свое состояние, т .е . совершать процесс, ибо любой процесс представляет собой л непрерывное и многократное нарушение равновесия между сис­ темой и средой при их взаимодействиях.

Однако нарушение равновесия приводит к возникнове­ нию внутри системы молекулярных процессов, способствующих восстановлению равновесия, и если изменение состояния сис­ темы будет проходить достаточно медленно, то внутренние (молекулярные) процессы будут успевать приводить систему в состояние равновесия. Такое многократное нарушение рав­ новесия будет приводить к непрерывному восстановительному процессу внутри системы, что приводит к непрерывной смене состояний равновесия. Следовательно, равновесный процесс можно представить как предельный для процессов, в которых система проходит через отдельные состояния, настолько ма­ ло отличающиеся от равновесных, что их можно практически принимать за равновесные. Такие процессы, являющиеся как бы равновесными, называются КВАЗИСТАТИЧВПКМЙ (т .е . почти статическими) или КВАЗЯРАНЮВЕСНЫМИ процессам* изменения

сѳстоянжя.

Г

Рассмотрим на примерах условия, обеспечивавшие равно­ весный характер протекания квазистатическнх процессов. При­ мер механического равновесия между системой и 'средой( рис.Э)

Вели поршень под действием приложенной'к'итоку силы будет передвигаться БЕСЮШШ0 МЕДЛЕННО оправ* налево, -то в г а зе (система) ,ааполййюв(ІИ Врбстраае'тВ0 ивадуѵ передней"

- 57 -

Р и с,-9 Схемы рабнобесных состояний газа

крышкой цилиндра и поршнем, под влиянием процесса сжатия будет повсеместно успевать выравниваться его давление, что приведет к квазистатическому процессу сжатия. Если же

движение поршня будет быстрым, то в газе возникнут различ­

Это приведет к повсеместному выравниванию температуры га­ за (системы) во всем его объеме. Если же температура сре­

ведет к термически неравновесному процессу - процессу неквазиотатичѳскому.

Из приведенных примеров видно, что равновесность (ме­ ханическая, термическая) обеспечивается только бесконечно медленными процессами. Внутреннее равновесие системы в те­ чение всего процесса достигается равновесием с окружающей средой в каждый момент времени.

Необходимо уяснить, что представление о квазистатическом процессе содержит в себе внутреннее противоречие, сочетающее два противоположных понятия - равновесия и из­ менения состояния. Действительно, по вышеприведенному оп­ ределению всякое промежуточное состояние термодинамической системы должно быть равновесным, в то же время переход из одного промежуточного состояния в другое может произойти только при наличии отсутствия равновесия между системой и средой.

Однако, опыт показывает, чт" реальные процессы с достаточной точностью описываются математическими зави­ симостями, выведенными для квазистатических процессов.

Приведем формулировку равновесного процесса: ПРОЦЕСС, ПРИ ОСУЩЕСТВЛЕНИИ КОТОРОГО СИСТЕМА ПОСЛЕ­

ДОВАТЕЛЬНО ПРОХОДИТ НЕПРЕРЫВНЫЙ РЯД СОСТОЯНИЙ РАВНОВЕ­ СИЯ КАК ВНУТРЕННЕГО, ТАК И ВНЕШНЕГО (Т.Е. МЕЖДУ СИСТЕ­ МОЙ И СРЕДОЙ), НАЗЫВАЕТСЯ РАВНОВЕСНЫМ.