Крутов В.И. - Техническая термодинамика

ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОЙИНАМИКА ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ Под редакцией д-ра техн. наук, проф. 8. И. Крутова Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов машиностроительных специальностей высших учебных заведений МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» Гчбг ББК 3!.31 Т38 УДК 663.7(075.8) Репевэеит! Кафедра Теоретических основ теплотехника московского авикпаоииого института !эав. кафедрой — д-р техн. наук, дроф, В, К, Кошкин) Техннческйн. термодинамика: Учебник длн низов / Под Т38 ред.

В. И. Крутова — 2-е изд., перераб, и доп. — Мл Высш. школа, 1981. — 439 с., ил. В перл 1 р. 40 к. В «кяге рассмстренм основные еекоиы термодинамика, термодинамические нроцассМ, цикл»с, карактернствческне функции н дкффаревцнальныс уравнении Лля йдеальнык в реальамк раеочнк тел, положснма о тсплосмкостяк. эксергаа, Ероцессав дросаелврованаа м истечения аэ еосудое как неограниченной. так а аграмнчевной вмествмсстейг даны клементы статвстнческой термодинамика, егравсеим конвоем некссрсиственного прсабраэования теплоты в электричайкум эаерггпо. Йревнаэначаегся вля студентов мамнностроительнык спсцнальностсй вузов. ,З0302 — ЗЗ8 ББК 31.31 Т 091!0!) 8! 81 — 81 2303010000 8 П2.2 !с) ивдательстно «Высшая школа», 1981 пэвдисловив Перед советским народом стоят большие задачи по дальнейшему $ азвитию всех отраслей народного хозяйства, построению фундамен'а коммунистического общества в нашей стране. Важная роль в решении этих задач принадлежит энергетике, в теоретическую базу которой входит термодинамика.

Ее изучение студентами обеспечивает последующее освоение специальных дисциплин учебного илана. Насюящнй учебник по технической термодинамике написан на ос'йове лекций, прочитанных авторами студентам Московского высшего гехнического училища им.

Баумана. В нем в сжатой форме рассмотрсйы как основные законы термодинамики и термодинамическив процесы, так и некоторые прикладные вопросы. Рассмотрены дифференциальные соотношения и характеристичесжне функции, справедливые для всех реальных веществ. Приводятся )разделы о применении термодинамических закономерностей для идь альных и реальных рабочих тел. Уделено внимание основным положениям.о прямых и обратных 'циклах, об эксергии, термодинамике плазмы, непосредсгвенного преобразования теплоты в электрическую энергию.

Изложены основы )химической термодинамики, растворов, истечения из сосудов неогра[ниченной и ограниченной вместимости, приведены элементы статистигческой термодинамики. Авторами учебника являются: Е В. Дрыжа коз (гл. ХЧ[1), Ь.. И. Исаев (гл. ХП, Х1!1 и Х[Ч, 4 74 — 83); И. А. Кожинов (гл. ХЧ[, '99, 100)„Н. П. Козлов (гл. ХХ[Ч, ХХЧ, ХХЧ[1): Н. К. Корнейчук ' гл.

Ч1, э 35 — 3?„гл. Ч![, Х[); В. И. Кофанов (гл. Х1Ч, 9 84; гл. ХЧ, [ХХ[, э 128; гл. ХХЧ1); В. И. Крутов (Введение, гл. Ч[П, Х1Х, ХХ); ~А..И. Леонтьев,(гл. 111); Б. М. Миронов (гл, Х); В. М. Никитин (гл. гХХ!, 2 120 — 127); Г. Б. Петражицкий (гл. !Х, ХХП, Ч!31 — !33 и 135); В. И. Хвостов (гл. 1, 11, гл. ХХ[1, Ь' 129, 130, !34, 136, 137; гл. ХХ[11); Е, В, Шишов (гл. [, Э 4; гл. !Ч, Ч, Ч[, Э 33, 34); Б.

Н. [Одаев :,англ. ХЧ[, 9 91 — 98; гл. ХЧП!). Авторы выражают глубокую благодарность заслуженному деятелю )науки и техники РСФСР, д-ру техн. наук, проф. В. К. Кошкину и колгле«тиву его кафедры в Московском авиационном институте за реценвнрование рукописи и ценные замечания, которые позволили улучЗвить качество рукописи, Авторы ВВЕДЕНИЕ История человеческого общества неразрывно связана с развитием энергетики..Мускульная анла человека постепенно заменялась более мощными источниками энергии. Создание тепловых двигателей знаменовало качественный скачок в техническом прогрессе, так же как открытие в нашем столетии энергии ядерных реакций.

Достижения современной промышленности, авиации, космонавтики оказались возможными в результате освоения мощных источников энергии — это гидравлические, паровые и газовые турбины, двигатели внутреннего сгорания, компактные и мощные ракетные и реактивные двигатели. Стержневое значение в этом развитии энергетики имела и имеет термодинамика, являющаяся теоретической базой создания теплоэнергетических машин и установок. Предметом современной термодинамики является изучение общих свойств различных материальных тел, проявляющихся в процессе обмена энергией между телами.

Значение термодинамики среди других наук весьма велико, так как почти все явления природы в той или иной степени связаны с процессами преобразования энергии. Поэтому область применения методов, которыми пользуется термодинамика, весьма обширна. Термодинамика как наука начала развиваться в начале Х1Х в. в связи с необходимостью теоретического обоснования тепловых процессов в паровых поршневых машинах. Поэтому первоначально, в середине Х1Х в., основным содержанием термодинамики являлись процессы взаимного превращения теплоты и механической работы как двух форм обмена энергией. Отражением этого является и само название науки, составленное из двух слов древнегреческого языка: «терме» вЂ” теплота, и «динамис» — работа (или сила как источник, средство совершения работы).

Однако по мере становления 'закона сохранения и превращения энергии и углубления знаний о явлениях, сопровождающих процессы передачи энергии от одних тел к другим, становилось ясно, что, несмотря на большое разнообразие таких процессов, они обнаруживают много общих, универсальных свойств, не зависящих ни от конкретной формы обмена энергией, ни от физических свойств тех конкретных тел, которые обмениваются энергией, Вследствие универсальности этих свойств их изучение оказалось возможным с одних и тех же позиций, одними и теми же методами, с применением одинакового физического и математического аппарата, Существенный вклад в развитие термодинамики внесли русские ученые.

Первым среди ннх следует назвать Михаила Васильевича Ломоносова (1711 — 1765). В работе «Размышления о причинах теплоты и стужи> (1750) Ло- >воносов высказал убеждение в том, что теплота является формой дви- ,-еиия мельчайших частиц тела. Как известно, это положение впо- ;япедствии было признано всеми учеными мира. Ломоносов не только правильно определил сущность теплоты как внутреннего движения материи, но и сущность разработанных впоследствии законов термо- ,динамики. Так, например, в работе «Рассуждения о твердости и жидкости тел» (1>уб0) Ломоносов так сформулировал одно из этих положений: «Яже- пн где убудет несколько материи, то умножится в другом месте...

Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движе- ния, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оное у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получа- ет», В основе этого. положения лежит представление о первом законе термодинамики, являющемся законом сохранения энергии. .В работе «Размышления о причинах теплоты и стужи» Ломоносов подчеркнул: «Если более теплое тело А приходит в соприкосновение с.другим телом Б, менее теплым, то находящиеся в точке соприкосно.

'венки частички тела А быстрее вращаются, чем соседние с ним частич- >ки тела Б. От более быстрого вращения частички тела А ускоряют вра- >цательное движение частичек тела Б, т. е. передают им часть своего движения; сколько движения уходит от первых, столько же прибав- 'ляется ко вторым. Поэтому когда частички тела А ускоряют вращатель- .ное движение частичек тела Б, то замедляют свое собственное. А от- 'сюда когда тело А при соприкосновении нагревает тело В, то само Ьно охлаждается... Поэтому холодное тело Б, погруженное в тело А, 'не может воспринять большую степень теплоты, чем какую имеет тело А» В приведенных соображениях раскрываются количественная н ка- йествеппая стороны процесса теплообмена.

Качественная сторона про- цесса заключается в том, что движение, а значит и теплота, может пе- ~редаваться лишь от тела более нагретого к телу менее нагретому и что эуа передача может происходи>ь лишь до тех пор, пока не сравняются скорости движения частичек обоих тел. Отсюда следует, что обратный .

п1йроцесс передачи движения от менее нагретого тела, частички кото- Рого имеют меньшие скорости, к более нагретому с большими скорос- тями частичек невозможен. Невозможна, следовательно, и передача теплоты от холодного тела к теплому. Указанные соображения Ломо- Носова составляют содержание. второго закона термодинамики в фор- 'мУлировке, высказанной Клаузиусом (1850) спустя 'примерно 100 лет «после Ломоносова.

Большой интерес представляют высказывания Ломоносова о «иан- ~ ольшей и последней степени холода», стоящие в непосредственной вязи с третьим законом термодинамики. Ломоносов пишет: «,нельзя Иазвать какую-нибудь определенную скорость движения, чтобы мыс- й)янно нельзя было представить себе большую скорость.