Крутов В.И. - Техническая термодинамика (1062533), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

е. состоящим из весьма большого числа элементарных частиц. С другой стороны, эти тела или совокупности тел должны быть ограниченными, Выводы термодинамики нельзя распространять на бесконечную Вселенную, поскольку основные положения термодинамики формировались в результате наблюдения явлений лишь в ограниченной ее части. $2. Виды энергии и формы обмена энергией Современная материалистическая философия определяет энергию как меру различных видов материальною движения в процессах взаимного превращения движения из одних форм в другие.

Движение, понимаемое в широком смысле, есть способность материи к изменению и является неотъемлемым свойством, атрибутом материи. Первой формой движения, изученной наукой качественно и количественно, была механическая форма, состоящая в изменении пространственного расположения макроскопических тел. Значительно позднее, в основном в середние Х1Х в., были изучены такие формы движения, как электрическая, химическая, магнитная и др. При этом было обнаружено, что тела могут передавать движение друг другу так, что данная форма движения уменьшается в одном теле н увеличивается в другом, Это явление получило название превращения движения из одной формы в другую.

Опыт показал, что такие превращения всегда количественно эквивалентны, они всегда происходят с одинаковым отношением количеств взаимно превращающихся форм движения (выраженных каждая своими единицами). Именно эта эквивалентность привела к появлению понятия э н ер г и и как обшей, одинаковой количественной меры различных форм движения материи, способных превращаться друг в друга, и явилась основой закона сохранения и превращения энергии. Любое .материальное тело в зависимости ог его физической структуры Ъбладает способностью к различным формам движения.

Так, на- в~ пример, смесь газообразных кислорода и водорода способна претерпевать различные изменения; механические (сжатие, ускорение по;:'тока), химические (горение), электрические (поляризация при поме:" щении в электростатическое поле), магнитные (магнитная поляриза.

ция молекул кислорода в магнитном поле). В связи с этим зачастую понятие энергии используют для характеристики движения, которое в той или иной конкретной форме свойственно данному телу. В таких случаях обычно говорят, что существу'ют различные виды энергии, соответствующие различным формам движениж кинетическая, гравитационная, химическая, электрическая я др. Понятие вида энергии оказывается полезным при качественном описании явлений, происходящих в телах при обмене движением (т.

е. энергией). В то же время следует иметь в виду, что энергия данного вида не является чем-то, что хранится в теле в виде некоторого запаса н передается от одних тел к другим в своем неизменном качестве. При передаче движения (энергии) может происходить как исчезновение 'прежней, так н появление новой формы движения. Однако энергия как общая мера любых форм движения не создаваема и не уничтожима, она едина по своей сущности. Особую роль в термодинамике играет понятие теплового движения материи.

Тепловым движением называют хаотическое механическое движение большой совокупности мельчайших частиц, сосаавллюи(их лигкроскопические тела. В отличие от прочих видов движения (механического, электрического и др.), характерных как для макроскопических тел, так и для элементарных частиц, понятия теплового движения и тепловой энергии возникают только при рассмотрении болыпих совокупностей микрочастиц и являются, таким образом, феноменологическими (термодинамическимн) понятиями.

От понятия «вид энергии» следует отличать понятие «форма передачи энергии» (или способ обмена энергией). Передача движения (энергии) от одних тел к другим происходит в результате взаимодействия этих тел. Современная физика, различает четыре фундаментальных вида взаимодействий: электрическое, гравитационное, ядерное и слабое. Во всех явлениях неастрономических и неядерных масштабов на микроскопическом уровне проявляется лишь одно из них — электрическое. Однако макроскопические проявления этого взаимодействия оказываются весьма разнообразными и именно они определяют наблюдаемые формы движения материи и соответствующие виды энергии, Так, например, явления упругости обусловлены электрическим взаимодействием между одноименно заряженными.

электронными оболочками соседних атомов твердого тела, электромагнитное излучение нагретого тела обусловлено электри-. ческим взаимодействием между ядрами и их электронными оболочками, изменения при химических реакциях объясняются электрическим взаимодействием ядер и электронных оболочек различных химических элементов и т. д. Характер термодинамического взаимодействия определяется теми изменениями, которые происходят в макроскопических телах при пе - редаче энергии. 33 В ходе развития науки об энергии было установлено, что, несмотРя на весьма больвюе разнообразие энергетических взаимодействйй, они мокнут быть сведены к двум способам. Иервый способ переявчи энергии характеризуется тем, что прн обмене движением происходит пространственное перемещение в некотором выбранном направлении макроскопического количества частиц — носителей энергин.

Передача энергии в результате макрсскспичвсхазэ упорядвчгнногв движения называется рабопюй. Количество передаваемой ври этом энергия называют работая процесса или просто работой. Простейшим, наиболее наглядным видом работы являетсн' механическая работа, совершаемая механической силой, которая перемещает в пространстве макроскопическое тело или некоторую часть тела. Кроме того, существуют различные виды немеханических работ. Тан, элгнтричвсная работа совершается, когда некоторое количество носнтелев электрического заряда переносится в электрическом поле (прв течении тока яв проводнику, при накоплении зарядов на обкладках конденсатора и т.

д.). При совершении магнитной работы происходит организованный, соответствующий ориентации магнитного поля поворот в пространстве всех элементарных магнитов, присутствующих в нвматничиваемом материале. Общим для всех видов работы свойством является нрннципиальная возможность полного превращения их друг в друга. При втором способе передачи энергии происходит передача хаотического (теплового) движения микрочастиц, составляющих макроскопические тела.

Лля этого между телами должен существовать так называемый тепловой контакт, осуществляемый либо непосредственным соприкосновением тел, либо переносом энергии беспорядочных электромагнитных колебаний. При этом необходимо, чтобы тела имели различную температуру. Передача энергии в результате обмена хаотическим, ненаправленным двилсгнигм микрочастиц называется тгплсобменвм, а количестве передаваемой при этом энергии — количеством тгплолв~, теплотой првцеса или теплотой.

Ч'аням образом, работа (любого вида) и теплота не являются ни энергией (как общей мерой движения), ня видом энергии (как мерой движения какой-либо определенной формы). Работа и теплота являются лить нвлачвствами, измгряюи(ими изменение материальною двиэюгния во взаимодгиствуюи(их твлах, а различные названия этих количеств подчеркивают различия в способах или в формах обмена энергией. Следует иметь в виду, что работа и теплота могут вызывать во взаимодействующих телах изменение движения любой формы.

Например, передача энергии в механической.форме путем совершения работы деформации над газом приводит к увеличению его теплового движения. Электрическая работа, совершаемая аккумулятором, сопровождается химическими изменениями его элементов. Следовательно, существует множество различных форм движения материи и соответственно множество различных видов энергии, Однако имеются лишь два принципиально различающихся способа передачи энергии (формы обмена энергией): работа и теплота.

$ Х 'бермодннамичесная система. окрун«ающая среда и вэаммедействне между иммн 0йьектом изучения в термодинамике является т е р м о д и н а м ич е с к а я с и с т е м а, представляющая собой совокупность взаим(р действующих макреекопических тел. В метеорологии-такой системой, например, является земная атмосфера, в энергетике — весь комплека машин и устройств электрической станции или отдельный узел теплового двигателя н т. д. л Объектом научения в техни- п 6 песков термодинамике весьма часто является какое-либо ве- 4 '::ЬГ . ( : .х ° '" щество, выполняющее главную д функцию в тепловой машине: (:(':( р~:: -: ' 'М;.;, ' 1 пар, продукты сгорания топли- , .':.-;.р' ',:,',' 1 ва, сжатый газ н т.

п. Такое вещество также является термоди- Ф бь~ намической системой и называется рабочим телом машины или термодинамической системы, Все тела, ие входящие в со- 4 з' став изучаемой термодииамиче- р' К ской системьу, объединяются общим понятием «окружающая ( средам Границу между термодинамической системой и окружающей средой часто называют контрольнои поверхн о с т ь ю. Это условное поня- Рнс. (.

Те(уыодпнаыичеспие системы. тна, Кптпрпа В рядЕ СЛунаЕВ МО- и — порыиевая машина с двуми степеинми сво. бады (термической я дегрорияпноннай!г б— Жвт ГЕОматрнЧЕСКИ СОВПадатъ а открытая проточная (гаа в канале между ло- паткаии турбииыв а — сложная с четырьм* некоторой реальной физической степенями свободы (термической, дефориапвповерхностью. Например, конт- ошюй. алектрнческой и егагиитиой( рольиая поверхность для газа совпадает с внутренними поверхностями поршня и цилиндра 1рис.

1, а). Контрольная поверхность системы 5 на рис. 1, б частично проходит через сечения А — А и Б — Б, и на этих участках она является условной, воображаемой, На контрольной поверхности происходит в з а и м о д е й с т в и е термодинамической системы и окружающей среды, которое может состоять в передаче энергии кли вещества в сиську или из нее. Конкретный способ нли форму передачи энергии называют р о д о м в з а ни о д е й с т в и я, а количество различающихся между собой родов взаимодействия, к которым по своей физической структуре способна данная система,— числом термодниамическ их степ е н е й с в о б о д ы системы.

Примером термодинамической системы с двумя степенями свободы является, газ 1, заключенный в.цилин д- (б ре 3 с подвижным поршнем 4 (рис. 1, а). Энергию газа можно увеличить, передавая ему некоторое количество механической работы, ио. пользуя механическую или деформационную степень свободы (пере. мещение вниз поршня 4 внешней силой). Вторая степень свободы (тепловая или терМическая) проявляется при изменении энергии за счет подвода некоторого количества теплоты от нагревателя 2 через стенку цилвядра 3.

Характеристики

Список файлов книги