Кафедра теплотехніки та енергозбереження

С. М. Константінов

Технічна термодинаміка

Конспект лекцій

Київ, 2011

Лекція 1. 6 09 2011.

Тема 1

Основні поняття та закони технічної термодинаміки (стор. 5-11)

Енергія та її види. Предмет та метод технічної термодинаміки

Технічна термодинаміка-це наука, яка вивчає енергію. Рух – форма існування матерії. Енергія -кількісна міра руху. Існує багато форм руху: хаотичний, направлений, хімічний, внутрішньомолекулярний. Кожній формі руху відповідає свій вид енергії: хаотичний рух – теплота, направлений – робота, в хімічних сполуках – хімічна енергія. Так як кожній формі руху відповідає свій вид енергії, то вони вивчаються різними науками:

§ електротехніка - направлений рух електронів;

§ механіка - механічна форма руху, механічна енергія;

§ квантова механіка - рух малих частинок речовини;

§ хімічна термодинаміка – хімічна енергія.

Технічна термодинаміка розглядає хао-тичнийі направленийрухи.

Хаотичним називається рух, під час якого молекули газу рухаються в різних напрямках, і ні один із них не є переваж-ним.

Завдяки хаотичному рухові газ має такі дві властивості:

1. Він діє на всі стінки посудини, в якій він знаходиться, з однаковою силою.

2. Газ рівномірно заповнює весь об'єм, в якому він знаходиться.

Направлений рух – це рух, в якому мак-рочастини газу рухаються в певному нап-рямку.

В природі енергія в своїй більшості зна-ходиться в одних видах (переважно, в хімі-чному), а використовує людство її в інших видах (теплову та електричну). Перехід од-ного виду енергії в інший проходить через наявність фізичних тіл, які є носіями енергії і приймають участь у перетворенні одного виду енергії в інший. Такі фізичні тіла називаються робочими тілами.Це, як правило, газоподібні або рідинні тіла. Тех.-нічна термодинаміка в основному розгляд-дає газоподібні робочі тіла. Повітря є одним із робочих тіл. Газоподібні тіла, в яких діють лише сили щеплення між молекулами, а самі молекули являють собою матеріальні точки, що не мають об’єму. Вивчення властивостей реальних газів приводить до отримання складних математичних залежностей, які неможливо використати в інже-нерних розрахунках, тому введено поняття ідеального газу.

Ідеальним називається газ, у якого від-сутні сили щеплення між молекулами, а самі молекули являють собою матеріальні точки, що не мають об’єму. Чим нижчий тиск і вища температура, при яких знаходиться реальний газ, тим більше він наближається до ідеального.

Енергія хаотичного руху молекул рабочого тіла

називається внутрішньою енергією.Позначається , для тіла масою m кг, одиниця вимірювання Дж.

Для 1 кг тіла:

, Дж/кг

Енергія направленого руху називається роботою.

, m кг, Дж.

Питома робота

, Дж/кг

Дуже легко перетворити енергію нап-равленого руху в хаотичну енергію.

Предмет технічної термодинаміки–вивчення законів взаємного перетворення енергії хаотичного і направленого руху, а також властивостей робочих тіл. Газоподібні тіла розглядаються реальніта ідеальні.

Реальний газ–газ, у якого існують сили щеплення між молекулами, а самі молекули є тіла, що не мають об’єму. Вивчаючи властивості реальних газів, отримують складні математичні залежності, які непри-датні для інженерних розрахунків, тому введено поняття ідеального газу, тобто газу, в якому відсутні сили щеплення між моле-кулами, а молекули не мають об’єму. Чим нижчий тиск і вища температура, під час яких знаходиться реальний газ, тим більше він наближається до ідеального.

Технічна термодинаміка використовує феноменологічний метод. Феноменологіч-ною величиноюназивається макровеличина, яка отримана на базі усереднення великої кількості мікровеличин.

Термодинамічна система

Для перетворення різних видів енергії необхідна співучасть різних тіл. Сукупність фізичних тіл, які приймають участь у пере-творенні енергії, можуть вступати в енерге-тичну взаємодію між собою, а також обмі-нюватися речовиною, називаються термо-динамічною системою.

Термодинамічні системи можуть мати фізичні або уявлені межі.

Термодинамічні системи бувають:

1. Ізольовані – системи, які не обмінюю-ться з навколишнім середовищем ні енер-гією, ні масою;

2. Енергетично ізольована– обмінюється тільки масою;

3. Закритою – не обмінюється речовиною;

4. Відкритою – обмінюється і речовиною, і енергією;

5. Адіабатною – обмінюється речовиною та роботою, але не обмінюються теплотою.