Мухачёв Г.А. Щукин В.К. - Термодинамика и теплопередача (1013614), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Знаний, которые давала существующая до сего времени классическая термодинамика, оказалось недостаточно для изучения но- б вых сложных тепловых процессов и исследований новых рабочих тел, применяющихся в современной технике. Появилась термодинамика сложных термодинамических систем. В 50-х годах текущего столетия был разработан новый раздел термодинамики — термодинамика необратимых процессов.
Исследования, проводимые методами термодинамики необратимых процессов, позволяют изучать медленные необратимые процессы (теплопроводность, диффузию и др.), исследовать термоэлектрические и термодиффузионные процессы, процессы молекулярного переноса. Термодинамика необратимых процессов позволяет значительно расширить и уточнить области применения термодинамических исследований.
На базе термодинамики необратимых процессов, теории информации и теории устойчивости появилась наука синергетика. Открытие нового состояния вещества — плазмы, которая в ближайшем будущем будет широко применяться в некоторых областях техники благодаря ее замечательным свойствам, например электропроводности (МГДчгенераторы, термоядерные реакторы), настоятельно требует тщательного изучения ее теплофизическнх свойств. Появился новый раздел термодинамики с новыми методами исследования — термодинамика плазмы.
Мало изучены вопросы термодинамических свойств и процессов реагирующих газовых смесей; между тем повышение температур в камерах сгорания и других аппаратах заставляет такие явления изучать весьма основательно. Также необходимо более широкое термодинамическое изучение газовых потоков с фазовыми превращениями течения диссоциированных газовых смесей, ионизированных газов и т. д. Основания термодинамики В раздел входят общие положения о построении термодинамики как науки: основные понятия; связь между параметрами, характеризующими состояние термодинамической системы; законы термодинамики; термодинамические процессы и их анализ; реальные газы и пары; изменение агрегатного состояния вещества, ГЛАВА ! ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА И ЕЕ СОСТОЯНИЕ В главе дается понятие термодинамической системы, рассматРиваются параметры, характеризующие состояние системы, связь между параметрами в виде термического уравнения состояния, приводятся сведения о смесях идеальных газов.
$1Д. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Под термодинамнческой системой» понимают тело нля совокупность тел, выделенных из материального мира и являющихся объектами исследования. Система имеет определенные границы, отделяющие ее от окружающей среды. Эти границы могут быть как реальными (газ в резервуаре, граница раздела фаз), так и чисто условными, в виде контрольной поверхности. Система может быть либо гомогенной (однородной), обладающей одними и теми же свойствами, либо гетерогенной, состоящей из нескольких разнородных частей (веществ) или веществ в различных агрегатных состояниях.
Гомогенные части гетерогенной системы, отделенные от остальной ее части видимыми границами (поверхностями раздела), называются фазами. В термодинамическом методе исследования, выделяя термодинамическую систему из окружающей среды, оценивают воздействия, оказываемые окружающей средой на систему либо самой системой (вследствие происходящих в ней изменений) на окружающую среду. Эти воздействия сводятся к обмену энергией и веществом.
Независимая система, которая совершенно не взаимодействует с окружающей средой, называется изолированной. Если система не обменивается с окружающей средой энергией в форме теплоты, то такую систему называют теплоизолированной или адиабатнои. Если энергообмен между системой и окружающей средой происходит в форме теплоты и механической работы, то такая система называется термомеханической. Система, изолированная от окружающей среды таким образом, что не может обмениваться с ней веществом, называется закрытой, обменивающаяся веществом — открытой. Процессы превращения теплоты в работу и процессы превращения работы в теплоту заданного потенциала, реализуемые в тепловых машинах, осуществляются термодинамической системой — так называемым рабочим телом, которое изменяет в этих процессах свое физическое состояние.
В термодинамике постулируется, что изолированная система с течением времени всегда приходит в состояние термодинамического равновесия и никогда самопроизвольно выйти из него не может. Равновесное состояние термодинамической системы характеризуется при постоянных внешних условиях неизменностью пара. метров во времени и отсутствием в системе потоков вещества, энергии, импульса, заряда и т. п. Макроскопическое равновесие устанавливается в результате движения материальных частиц системы: это же движение обес- * В дальнейшем для краткости используется термин «система>, печивает существование состояния равновесия.
Так, равновесное давление в газе или жидкости существует лишь при непрерывной подаче импульсов в результате соударения молекул о стенки сосуда, а постоянная температура в газе обусловлена постоянством средней кинетической энергии движущихся молекул. Факт установления термического равновесия приводит к доказательству параметра температуры и позволяет определять ее путем измерений. При этом используют экспериментальный закон, по которому две системы, находящиеся порознь в термическом равновесии с третьей системой, находятся в термическом равновесии между собой. Значит, системы должны иметь одинаковый параметр, характеризующий термическое состояние системы. Этим параметром является температура, которая для этих трех систем в состоянии равновесия должна быть одинакова. Высказанное выше положение носит название «нулевого» закона термодинамики.
Если система переходит из одного состояния в другое, то процесс перехода представляет собой ' термодинамический процесс. Под термодинамическим процессом понимают изменение состояния системы, которое возникает в ней под влиянием внешних воздействий *. Все процессы, происходящие в термодинамической системе, можно разделить на равновесные и неравновесные. Равновесными называются такие процессы, в которых система проходит ряд последовательных равновесных состояний. Если процесс протекает настолько медленно, что в каждый момент времени успевает установиться равновесие, то такой процесс носит название кеаэистатического.
В квазистатическом процессе система и окружающая среда в каждый момент времени находятся в квази- равновесных состояниях. Квазистатические процессы обладают свойством обратимости, т. е. в них может быть изменено направление процесса на обратное. Нераеиовесными называются такие процессы, при протекании которых системз не находится в состоянии равновесия. В неравновесном процессе различные части системы имеют различнуго температуру, давление, плотность, концентрацию и т. д. Процесс перехода системы из неравновесного состояния в равновесное называется релаксацией, а время перехода в состояние равновесия — временем релаксации. .
Равновесное состояние термодинамической системы не меняется во времени. Отметим, что неизменность параметров в состоянии равновесия не обусловлена каким-либо внешним воздействием рп .в г ц г 'Вр, „„, гз р. Пасса в результате неравновесного поля какого-лабо потенциала, например хнннческого, который вызывает перемещение вещества нз одной части системы в другую, нии постоянство во времени параметров системы во всех ее частях поддерживается с помощью каких-либо процессов.
Каждое равновесное состояние системы характеризуется определенными физическими величинами — равновесными параметрами состояния. (В неравновесном состоянии термодинамическая система также имеет определенные параметры, как, например, энергию системы.) Параметры состояния, описывающие поведение системы, могут быть подразделены на внешние и внутренние. Внешние параметры характеризуют положение (координаты) системы во внешних силовых полях и скорость изменения ее положения. Внутренние параметры определяют внутреннее состояние системы. К ним относятся давление, температура, объем и др. Внутренние параметры подразделяются на интенсивные и экстенсивные. Интенсивные параметрьс не зависят от размеров (массы) системы, например давление и температура системы не изменяются, если мы разделим систему на несколько частей. К интенсивным параметрам относятся н удельные величины — удельный объем, удельная теплоемкость и т.
д. Экстенсивные параметры зависят от количества вещества в системе. К ним можно отнести общий объем системы, массу и т. д. В термодинамике существует подразделение параметров на термические (давление, температура, удельный объем, термические коэффициенты) и калорические — энергетические параметры (внутренняя энергия, энтальпия, энтропия, удельная теплоемкость, удельные скрытые теплоты фазовых переходов и т. д.). Равновесное состояние термодинамической системы определяется совокупностью внешних и внутренних параметров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
