41124

Техническая термодинамика и промышленная теплотехника

Лекция

Физика

Если использовать в качестве тестового физического тела например руку то прикасаясь к стеклу мы скажем: стекло холодное. Из сказанного следует что для отдельного тела не контактирующего с другими телами понятие теплоты не может быть использовано. Такое тело имеет запас энергии само по себе даже при отсутствии взаимодействия с другими телами: если например тело движется с некоторой скоростью можно сказать что оно имеет некоторый запас энергии. В термодинамике принято тела нагретые больше по отношению к остальным называть...

Русский

2013-10-22

209.5 KB

6 чел.

Лекция 1

Введение. Курс лекций по теоретическим основам теплотехники включает разделы технической термодинамики и промышленной теплотехники.

1. Техническая термодинамика. Из теоретического курса технической термодинамики нас будут интересовать в первую очередь вопросы, связанные с получением полезной работы путем использования теплоты. Технические устройства, с помощью которых получают полезную работу за счет теплоты, будем называть тепловыми двигателями.

1.1.Теплота и полезная работа. В связи со сказанным возникает вопрос о том, что мы понимаем под теплотой. Часто в литературе можно встретить определение «тепловая энергия». Ответ на вопрос «что такое теплота?» часто начинают со слов: «теплота – это энергия» или «вид энергии». Является ли теплота энергией? Для того, чтобы ответить на этот вопрос можно проделать следующий простой эксперимент. Попробуйте ответить на вопрос, холодное или теплое стекло в оконной раме? Если не прикасаться к стеклу, то вряд ли можно с уверенностью дать правильный ответ. Сразу возникнет встречный вопрос: холодное (или теплое) по отношению к чему? Этим вопросом мы сразу определяем первую очень важную характеристику теплоты. Для того, чтобы установить холодное или теплое стекло нам требуется еще некоторое физическое тело (или среда), с помощью которого мы можем это определить на основании собственного практического опыта. Если использовать в качестве тестового физического тела, например, руку, то, прикасаясь к стеклу, мы скажем: «стекло холодное». Чувствительные сенсоры кожи на руке дают нам жизненный опыт оценки «тепло  – холодно». Почему при прикосновении к оконному стеклу мы можем почувствовать: 1) холод (если стекло находится в контакте с холодным наружным воздухом); 2) тепло (если стекло нагрето солнечными лучами)? При контакте руки со стеклом в 1-м случае рука несколько охлаждается, а стекло нагревается; во втором случае – наоборот. Другими словами, в этих случаях происходят процессы теплообмена – мы обнаруживаем проявление теплоты.

Главный вывод, который необходимо сделать из сказанного, это то, что теплота проявляется при взаимодействии тел (в тепловых процессах). Теплота теряет смысл, если процессы взаимодействия тел отсутствуют.

Из сказанного следует, что для отдельного тела, не контактирующего с другими телами, понятие теплоты не может быть использовано. И эта особенность понятия теплоты составляет коренное отличие по отношению к понятию энергии. Отдельное физическое тело может иметь запас энергии (например, кинетической или потенциальной). Такое тело имеет запас энергии само по себе, даже при отсутствии взаимодействия с другими телами: если, например, тело движется с некоторой скоростью, можно сказать, что оно имеет некоторый запас энергии. Даже если движущееся тело не будет взаимодействовать с каким-либо другим физическим телом – всегда можно сказать, что оно обладает кинетической энергией.

Резюмируя сказанное можно сказать кратко: теплота присутствует только в том случае, если есть процесс взаимодействия тел; без взаимодействия тел – нет теплоты.

Однако, сделанный вывод не дает определения теплоты. Это объясняется тем, что теплота представляет собой некоторое так называемое первичное (или базовое) понятие в науке. То, что сказано выше о теплоте только помогает установить как бы общий уровень отсчета: договориться о том, одинаково ли мы воспринимаем то, что принято называть теплотой.

Для энергии в ряде научных дисциплин (в частности, философии) существует определение: энергия – это форма движения материи.

Тогда, по аналогии со сказанным, теплота – это форма передачи энергии.

В термодинамике принято тела, нагретые больше по отношению к остальным называть источниками теплоты.

Из курса физики известно, что физические тела обладают запасом внутренней энергии. На данном этапе изложения основ термодинамики достаточно будет напомнить, что внутренняя энергия – это суммарная потенциальная и кинетическая энергия частиц вещества, из которых составлено тело. Тела могут обмениваться внутренней энергией. Одна из форм такого обмена – теплота.

Необходимо указать, что для термодинамики такая детализация понятий внутренней энергии или теплоты совершенно не обязательна. Термодинамика оперирует макропонятиями. Т.е. такими категориями физических величин, которые характеризуют тело или процесс в целом.

 В литературе часто можно встретить выражения «теплота от источника перешла к телу». Это выражение осталось в наследство от старой теории теплоты, в которой присутствовало понятие «теплород». Теплородом называли некоторую невидимую невесомую субстанцию, которую никак нельзя обнаружить, и которая «перетекает» от одних тел к другим. Позже путем экспериментов была доказана несостоятельность теории теплорода. Однако некоторые методические приемы при изложении теории теплоты применяются и сейчас для упрощения и наглядности изложения материала. Так приведенное выше выражение «теплота от источника перешла к телу» в строгом изложении должно было бы звучать как «в результате взаимодействия двух тел часть внутренней энергии источника в форме теплоты перешла к телу».

 Выше было сказано, что техническая термодинамика изучает вопросы превращения теплоты в полезную работу. Для такого преобразования можно предложить следующее устройство (рис.1)                         

                                                                                                                            

Рис.1. Схема устройства для преобразования теплоты в полезную работу.

 

Металлический стержень одним концом упирается в неподвижную стенку (слева) а вторым концом – в гирю. Снизу стержень подогревается пламенем спиртовки. В результате вследствие термического удлинения стержень перемещает гирю по столу.

Как видим, в представленном проекте устройства теплота, выделяющаяся при горении спиртовки, преобразуется в полезную работу перемещения груза. В описанном устройстве теплота подводится к металлическому стержню. Стержень расширяется и совершает работу. Такой набор физических тел и  последовательность характерна для всех процессов преобразования теплоты в полезную работу. То есть источник теплоты не совершает полезную работу. Он только передает теплоту промежуточному звену – так называемому, рабочему телу. В качестве рабочих тел в тепловых двигателях используются в основном газы.

1.3. Технический принцип получения полезной работы. Первыми устройствами для превращения теплоты в полезную работу были паровые машины. Принцип действия машины известен из курсов физики и не требует дополнительных пояснений. Прежде всего для нас важно уяснить, что является полезным эффектом машины, и за счет чего этот полезный эффект достигается.  Первые паровые машины использовались для привода в действие станков, насосов для откачки воды*), а затем и привода в действие колес транспорта – пароходов и паровозов. Как видно, из перечисления выполняемых первыми машинами функций, полезность их можно обобщить понятием полезная работа (вращение колес станков, подъем воды из шахт, вращение колес транспорта). Источником производства полезной работы во всех случаях является теплота, выделяющаяся при сгорании топлива. Вот первый вывод, который для нас имеет определенное значение: полезный эффект паровой машины (или, как часто принято ее называть, теплового двигателя) достигается за счет теплоты.  

И что самое главное в этом выводе: в современном мире в подавляющем большинстве случаев практически единственным источником полезной работы, (полезного эффекта) является теплота.

В качестве примера технического устройства для получения полезной работы рассмотрим упрощенную принципиальную схему тепловой электрической станции. Более подробно с принципом работы тепловой электрической станции и основного оборудования мы будем знакомиться далее в курсе.         

                                                                                                  

             Рис.2. Схема тепловой электростанции.

Принцип действия тепловой электростанции следующий. Вода насосом подается в паровой котел и прокачивается через трубы, покрывающие внутренние стенки котла. Полость, образованная трубами внутри котла называется топкой котла. В топке котла сжигается топливо (газ, мазут, уголь). Теплота, выделившаяся при горении передается воде в трубах. Вода превращается в пар, который попадает в паровую турбину. Попадая на лопатки турбины пар вращает турбину. Вращение вала турбины передается на вал электрогенератора. Получение электроэнергии является полезным эффектом – полезной работой. Важно отметить, что после того, как пар прошел через турбину, его охлаждают, в результате чего пар конденсируется и цикл повторяется. Из сказанного следует, что теплота превращается в полезную работу при посредстве промежуточного элемента схемы – рабочего тела, которым является вода. Рабочее тело в описанном процессе меняет свое состояние: нагревается, превращается в пар, охлаждается, конденсируется. Очевидно, для расчетов необходимо знать параметры рабочего тела.

1.4.Параметры состояния (рабочих тел).  

1.4.1.Равновесные и неравновесные состояния. Пусть газ заключен в цилиндр с подвижным поршнем.

В термодинамике принято оценивать состояние физического тела при помощи так называемых параметров состояния. Пусть такими параметрами состояния являются некоторые величины x, y, z. Тогда состояние тела будет описываться уравнением вида

                  (1.1)

Из математической записи (1.1) следует, что если из трех параметров два будут принимать независимые значения, то третий будет являться функцией двух первых.  Т.е., например,

                                           (1.2)

Из (1.2) следует, что изменение величины z может быть представлено в виде графика в координатах x-y. График изменения величины z называется процессом.  

Параметром состояния называют физическую величину, изменение которой в некотором процессе не зависит от того, по какому пути протекает процесс, а определяется только начальной и конечной точками процесса.    

                                                              

                                                              

С точки зрения математики сказанное относительно параметра состояния означает, что параметр состояния является полным дифференциалом и обладает всеми его свойствами. Другими словами

                                     (1.3)

Для дальнейшего анализа нам важно одно из свойств параметра состояния, вытекающее из его математического определения как полного дифференциала, а именно

                                ,         (1.4)

т.е. интеграл по замкнутому контуру от параметра состояния равен нулю.

Свойствами параметров состояния обладают следующие физические величины:

 давление, p

               удельный объем, v                           термические параметры   

                   температура, T

                    удельная энтальпия, h  

                    удельная энтропия, s                              калоричекие (тепловые)                       

                    удельная внутренняя энергия,  u         параметры

Пояснения к понятию равновесных и неравновесных состояний.

Необходимо напомнить, что термодинамика рассматривает только макросостояния. Под макросостоянием необходимо понимать такое состояние физического тела, которое обеспечивается в целом достаточно большим количеством частиц. Для такого состояния можно использовать легко измеряемые экспериментально величины объема, давления и температуры.

В отличие от макросостояний понятие микросостояния подразумевает  состояние отдельной частицы, из которых состоит физическое тело.

Для описания макросостяний рабочего тела были введены понятия параметров состояния. Геометрическая интерпретация состояния рабочего тела с помощью параметров состояния представляет собой точку на координатной плоскости (например, в p,v- координатах). Тем самым подразумевается, что и давление, и удельный объем данного состояния рабочего тела имеет одинаковое значение в любой области этого рабочего тела. В противном случае, для каждой из областей рабочего тела необходимо было бы указывать именно ей присущее значение параметра: таким образом, для изображения состояния рабочего тела на координатной плоскости необходимо было бы употребить совокупность точек.

Будем называть такое состояние, которое характеризуется одинаковыми параметрами во всех частях рабочего тела равновесным состоянием. Понятно, что равновесное состояние (т.е. такое, в котором во всем объеме рабочего тела установятся одинаковые параметры) может быть достигнуто по прошествии достаточно длительного промежутка времени (в идеале бесконечно большого). Так как реальные процессы протекают за конечный интервал времени, то в принципе они представляют собой некоторые переходные состояния к равновесному. Наше право рассматривать их с той или иной степенью приближения как равновесные.

С понятием равновесного состояния связано также понятие равновесных процессов. В первом приближении будем считать обратимым такой процесс, который состоит из бесконечной последовательности отдельных равновесных состояний.

Термодинамика является феноменологической наукой. Это означает, что она базируется на экспериментально установленных законах и фактах. Помимо этого для объяснения многих положений термодинамики часто используются примеры. Для иллюстрации сказанного в отношении равновесных процессов приведем такой пример. Пусть в цилиндре, закрытом невесомым поршнем находится газ под избыточным давлением. Для уравновешивания давления газа на поршень сверху насыпан песок.      

                                                          

      Начальное                                                                                 Следующее    

     равновесное                                                                               равновесное  

     состояние 1                                                                                 состояние 2

Для того, чтобы равновесно состояние 2 приближалось бы к понятию равновесного масса песчинки должна быть бесконечно малой, а время установления равновесия бесконечно большим. В случае, если бы песок был удален весь и мгновенно, то неуравновешенный уже поршень пришел бы в движение, что привело бы к тому, что газ вблизи поршня без уравновешивающей силы начал бы расширяться, и его давление изменилось бы; а газ, находящийся у дна цилиндра в силу инерции по-прежнему оставался бы неподвижным и имел бы начальное давление. А такое состояние не соответствует понятию равновесного.  

Таким образом:

-  равновесное состояние может изображаться в координатной плоскости точкой;

- равновесный процесс изображается в координатной плоскости линией.

В термодинамике разрешается рассматривать только равновесные состояния и равновесные процессы. Для этого реальные процессы принимаются равновесными с определенной долей допущения.        

1.4.2 Термические параметры состояния.

Давление. В физике давление определяется как сила, отнесенная к единице поверхности, расположенной перпендикулярно направлению действия силы.

                                            ,

где Fсила, Н; - поверхность, расположенная перпендикулярно к направлению действия силы, м2.

Отсюда, единица измерения силы   (1 Паскаль).

1Паскаль достаточно небольшая величина давления, поэтому в технике и научных исследованиях принято выражать давление в кратных 1 Паскалю величинах:

                                  1КПа     =   1000 Па

                                  1МПа    =   1000 КПа  = 1 000 000 Па

                                  1 ГПа    =   1000 МПа  = 106 КПа = 109Па

Наряду с системной (СИ) единицей измерения давления широко используются также исторические единицы измерения давления «мм рт. ст.» и «мм вод.ст.» -

«миллиметры ртутного столба» и «миллиметры водяного столба». Дело в том, что первыми приборами для измерения давления были жидкостные барометры, изобретенные французским исследователем Б.Паскалем в XVII веке.

Примеры.    

Принято, что столб ртути высотой 750 мм уравновешивается давлением 105 Па.

Для пояснения напомним, что согласно парадоксу Паскаля, давление жидкости на глубине h, измеренной от свободной поверхности, не зависит от формы сосуда, в который она налита, а определяется только свойствами жидкости (плотностью) и высотой столба жидкости (т.е., величиной h). 

Как известно, ученые Древнего мира (в частности, Аристотель) не признавали «грубого» натурного эксперимента. Они отдавали преимущество так называемому «чистому», умственному (интеллектуальному) исследованию. Они пытались путем логических рассуждений получить тот или иной вывод из исходных предпосылок. Однако, выводы, которые они получали путем логических (с их точки зрения рассуждений) довольно часто не соответствовал реалиям. Так, в знаменитой задаче об Ахиллесе и черепахе Ахиллес, – лучший в то время бегун Греции, не мог догнать черепаху. В эпоху Возрождения ученые Нового времени поставили своей целью проверить (или опровергнуть) Аристотеля. Надо заметить, что Аристотель считался высшим авторитетом для ученых эпохи Средневековья. Среди утверждений Аристотеля было и такое: «природа не терпит пустоты». Итальянец Торричелли (….. - ……) поставил перед собой задачу опровергнуть это утверждение Аристотеля. В результате экспериментов Торричелли был изобретен барометр. Схема барометра показана на рис.4. Понадобилось еще некоторое время, чтобы было установлено (Б.Паскаль), что столб ртути в трубке удерживается внешним давлением воздуха, действующим на открытую поверхность ртути.

 Рассмотрим  подробнее барометр на рис.4. Давление, которое оказывает жидкость на уровне свободной поверхности у своего основания, может быть рассчитано как:         

                                                                                                                                           

Рис.4. Ртутный барометр.

Б.Паскаль первым понял, что ртутный столб в запаянной трубке удерживается давлением воздуха, которое он оказывает на открытую поверхность ртути.

Давление, которое столбик ртути оказывает на жидкость у своего основания, может быть рассчитано, как

                          

                       ,     Па            (1.5)

Из (1.5) видно, что при прочих равных условиях, действительно давление жидкости зависит от высоты столба (Н).

        

                                                        

Измерение давления.

Давление в технике и научных исследованиях измеряется манометрами. Манометры отличаются различными принципами действия по измерению давления. Существуют жидкостные манометры, пружинные, пьезоэлектрические и др. На рис.5 показан простейший жидкостный, так называемый, U-образный манометр.

 

А) Пусть в некоторой полости заключен газ, давление которого на стенки сосуда больше давления атмосферного воздуха (ра рбар) 

Б) Если давление в полости меньше, чем давление атмосферного воздуха снаружи (ра рбар), то в этом случае говорят, что в полости имеется разрежение (или вакуум). В этом случае стеклянный U-образный прибор, подсоединенный к полости, в которой измеряется давление, называется вакуумметр.  

 

Проанализируем формулу (1,9). Например, пусть в результате измерения разрежения с помощью ртутного вакуумметра и  измерения давления атмосферного воздуха с помощью также ртутного барометром получили рбар= 755 мм рт ст. и рвак = 755 мм рт.ст. В этом случае, принимая во внимание (1,9), может сложиться впечатление, что если рбар= рвак, то ра будет равно 0 (!). Подобный результат с точки зрения физики является абсурдом, т.к. это противоречит как основам классической, так и квантовой физики.

Абсолютное давление всегда ра 0(!)

Удельный объем.

Следующим параметром состояния, о котором пойдет речь, является удельный объем. По определению удельный объем равен

                                                ,        м3/кг                                              (1.10)

где V полный объем рабочего тела, м3; m масса рабочего тела, кг.

Удельный объем – это объем рабочего тела в м3, который занимает единица массы (1кг).

Величина, обратная удельному объему – плотность.

                                             .                                                             (1.11)

Наряду с удельным объемом в термодинамике (также как и в химии) часто используется понятие молярного объема.

 Молем вещества называется его количество, выраженное в г и численно равное молекулярной массе. Обозначается , размерность г/моль. Величина кратная молю (в 1000 раз больше) называется киломоль. Киломолем вещества называется его количество, выраженное в кг и численно равное молекулярной массе. Таким образом, например, 1 киломоль кислорода (О2) равен

                                         О2 = 32 кг/кмоль.

Последнее выражение означает, что речь идет о 32 кг кислорода.

Молярный объем обозначается как (v). Согласно следствию из закона Авогадро молярный объем газа при нормальных условиях равен 22,4 м3/кмоль. Т.е. киломоль любого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 м3 . Данное следствие имеет хорошее практическое применение. Зная молекулярную массу газа всегда легко определить удельный объем и плотность газа при нормальных условиях. Для инженерной оценки это важно, так как позволяет определить, например, будет ли газ уходить вверх в воздухе или наоборот оседать.

Сказанное иллюстрируется примерами:

Пример. Определить, будет ли окись углерода оседать в воздухе или, наоборот, «всплыать» при нормальных условиях.

Решение.

Молекулярная масса СО2 равна

                                12 угл.ед +16 угл.ед.2 = 44 угл.ед.

Т.о. киломоль СО2 равен

                                      СО2 = 44 кг/кмоль

Молярный объем СО2 при нормальных условиях

                                      vCO2  = 22 м3/кмоль

Удельный объем СО2 можно определить, как

                                       м3/кг

Плотность СО2 можно определить, как

                                              кг/м3

Молекулярная масса воздуха принимается (как смесь СО2, N2, О2)

                                             29 угл.ед.

Т.о. киломоль воздуха равен

                                      возд = 29 кг/кмоль

Молярный объем воздуха при нормальных условиях

                                      vвозд  = 22 м3/кмоль

Удельный объем воздуха можно определить, как

                                       м3/кг

Плотность воздуха можно определить, как

                                              кг/м3

Из сравнения результатов видно, что . Полученное соотношение означает, что углекислый газ тяжелее воздуха и, следовательно, он будет оседать в воздухе и скапливаться в нижних точках помещений и т.д.  

Температура. Температурные шкалы и единицы измерения.

Как было сказано выше, понятие теплоты не имеет на сегодняшний общепринятого научного определения. Это объясняется собственно самой природой теплоты. На сегодняшний день это фундаментальное явление физического мира недостаточно изучено. Теплота – фундаментальное понятие науки и до конца ее природа неясна.

О том, что мы понимаем под термином «теплота» мы можем договориться при обсуждении тех или иных явлений и процессов. Наиболее эффективный способ это сделать – объяснить на примерах что понимается под «холодным» телом и что – «горячим». Здесь важно, чтобы эти понятия воспринимались субъектами одинаково. Ранее говорилось о том, что можно неправильно ответить на вопрос холодное ли оконное стекло или горячее, не прикасаясь к нему, т.к. без термодинамического процесса понятие теплоты теряет физический смысл. Однако, если мы скажем «лед холодный», а кипящая вода «горячая», все поймут это одинаково. Почему так происходит? Мы привязываем понятия холодного и горячего тела к нашему опыту и ощущениям. Здесь нет никакого противоречия со сказанным выше: опыт – это есть итог экспериментальных наблюдений, которые мы получили в жизни, прикасаясь к холодным и горячим предметам, т.е. проводя те самые термодинамические процессы, о которых говорилось. Ощущения нам обеспечивают сенсоры (чувствительные элементы тканей) на коже – и это есть достаточно точный измерительный инструмент. Важно отметить, что вводя понятия «холодный» лед и «горячий» кипяток мы тем самым устанавливаем некоторый диапазон и реперные точки для дальнейшей градации нагретости тел.

Термин «температура» был введен как параметр, определяющий степень нагрет ости тел. На качественном уровне мы можем определить температуру как ощущение от нагретости физического тела. Для пояснения понимания термина «температура» можно воспользоваться таким примером. Пусть два тела из одинакового материала с различной степенью нагретости приведены в соприкосновение друг с другом (находятся в тепловом контакте). От тела, более «горячего» внутренняя энергия в виде теплоты будет переходить к телу более «холодному». При достаточно длительном времени контакта теплообмен прекратится, - степени нагретости сравняются, тела достигнут теплового равновесия. Оба тела будут представлять собой некую темролдинамическую систему. В этом случае мы сможем определить температуру количественно, сказав, что температура это некоторая количественная мера одинаковая для системы в целом, когда она находится в тепловом равновесии.

Для практических измерений температуры чаще всего используются известные всем жидкостные термометры, а также электрические датчики температуры (термопары). Термометры имеют определенную градировку. Наиболее распространены градуировки Цельсия (Anders Celsius, 1701-1744), Фаренгейта (Gabriel Fahrenheit, 1703 – 1767) и лорда Кельвина (William Thompson, 1824-1907).

Соотношения между шкалами температур следующие:

       

        t, ° F = 1.8(tC) + 32 – пересчет температуры из шкалы Цельсия в шкалу Фаренгейта

        T, K = t, ° C + 273 - пересчет температуры из шкалы Цельсия в шкалу Кельвина.

 

. Шкала Кельвина

  

                            

Шкала Цельсия

Как видно из сопоставления шкал, интервалы изменения температуры (Т) и в шкале Цельсия и в шкале Кельвина имеют одинаковую длину, т.е. разность температур и в шкале Кельвина и в шкале Цельсия будет иметь одно и то же численное выражение

                                T = t

1.4.3 Калорические параметры состояния.

Термодинамическое содержание понятий внутренняя энергия, энтальпия, энтропия будет пояснено далее. В настоящем разделе необходимо отметить, что все указанные понятия являются параметрами состояния и необходимы для описания термодинамического состояния рабочих тел. По своему физическому смыслу указанные параметры имеют размерность энергии – джоуль или джоуль/кг.

Дальнейшие соотношения для указанных параметров приведены в таблице.

  Калорические параметры состояния.

Наименование

Полное значение (относится ко всему количеству рабочего тела): обозначение, размерность

Удельное значение (относится ко всему количеству рабочего тела): обозначение, размерность

Внутренняя энергия

U, Дж

u, Дж/кг

Энтальпия

H, Дж

h, Дж/кг

Энтропия

S, Дж

s, Дж/кг

Наряду с системными (СИ) единицами измерения калорических параметров используются также исторические единицы измерения – калория (кал) и килокалория (ккал).

 

Соотношения между единицами измерения величин:

Давление.

1 бар = 105 Па = 750 мм рт.ст.

1 атм = 1(кГ/см2) = (9,8 (м/с2)1кг)/10-4м2 = 9,8 (кг·м/с2) 1042 = 0,98 ·105Па = 0,98 бар.

1Па = 1(Н/м2)

1КПа = 103 Па

1 МПа = 103КПа

Работа, энергия

1Н = 1кг·м/с2

Дж = Н·м

1КДж = 103Дж

1МДж = 103 КДж

 

1кал = 4,187 Дж

ПРИМЕЧАНИЯ. Краткие сведения об термодинамических системах.

Из сказанного ранее следует, что процессы теплообмена происходят в том случае, если существует некоторая совокупность тел ( или термодинамическая система). В указанную совокупность тел включаются все интересующие нас тела, с точки зрения процессов, происходящих между ними. Данная совокупность тел условно заключается в некоторую оболочку. Тела, находящиеся вне оболочки, называют окружающей средой. Если нас будут интересовать процессы взаимодействия выбранной совокупности тел с окружающей средой, то ничего не запрещает нам включить при необходимости и часть этой среды (или даже всю ее полностью) в ту же оболочку, что и выбранные тела.  Дальнейший анализ процессов, происходящих в системе, будет ограничен только нашими возможностями учесть все без исключения процессы взаимодействия входящих в систему тел.

В термодинамике существует определенная градация термодинамических систем. В частности,  различают открытые и закрытые термодинамические системы.  Напомним, что под системой подразумевается любая часть физического мира.

В порядке снижения требований к накладываемым ограничениям системы разделяются на следующие категории:

 

                                                                                         


  Топливо

Пар

Пар

Вода

Охлаждающая вода из водоема

Паровая турбина

Электрогенератор

Конденсатор

Насос

Паровой

котел

y

x

f1(x,y)

f2(x,y)

x1

x2

y1

y2

 1

  2

Площадь основания цилиндра,

H

Давление окружающего воздуха, рбар

Ртуть

Запаянная стеклянная трубка

Если налить в барометры жидкости с различной плотностью, то при одном и том же давлении наружного воздуха высоты столбов жидкостей будут различными:

                       , откуда

                                       (1.6)

H2

H1

pбар

p

Колено, которое подсоединяется к полости, в которой

измеряется давление

Колено, открыто в  окружающий  воздух

pбар

pбар

pа

(ра рбар) 

Показание манометра, pизб  - это  столбик

жидкости, уравновешивающий суммарно с pбар давление в полости pа: 

                                (1.7)

pа

(ра рбар) 

pбар

pбар

Показание вакуумметра, pвак  - это  столбик

жидкости, уравновешивающий суммарно с давлением в полости pа давление наружного атмосферного воздуха pбар: 

              (1.8)

или

                        (1.9) 

рбар

0 К

273 К

373 К

-273 С

 0  С

 100  С

Газ

Газ

Удаляется 1 песчинка

Интервал времени до установления нового равновесия

A. Изолированная система: нет переноса через границу системы вещества и энергии

B. Адиабатная изолированная система: нет переноса через границу системы теплоты и вещества. Разрешается перенос через границу других  видов энергии

C. Закрытая (замкнутая) система: нет переноса через границу системы только вещества.

D. Открытая система: разрешен перенос через границу системы энергии, теплоты и вещества.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

61329. Сочинение. Информационная обработка текста. Употребление языковых средств в зависимости от речевой ситуации 46.64 KB
  Третий абзац сочинения должен быть посвящен комментариям по проблеме текста. При оценке работы эксперты будут учитывать насколько адекватно глубоко и полно был понят смысл прочитанного текста...
61332. Развитие у дошкольников представлений о росте и развитии живых организмов 343.5 KB
  Формирование знаний в экологическом воспитании - не самоцель. Они - необходимое условие воспитания осознанно-бережного отношения к природе, к людям, к материалам природного происхождения, к предметам рукотворного мира...