Головна

Розділ 1 Предмет технічної термодинаміки

  1.  Amp; && 412. Алгоритми підрозділяються на наступні типи
  2.  Amp; 34. Поділ спільного майна подружжя.
  3.  B) Приміщення предмета в штучні, спеціально створювані умови з метою визначення його властивостей.
  4.  Disjunctive Question. Розділове питання.
  5.  I. ГРОМАДСЬКЕ РОЗДІЛЕННЯ ПРАЦІ
  6.  I. Визначення термінів і предмет дослідження
  7.  II. Загальна характеристика навчального предмета

Лекція 1

Термодинаміка в широкому сенсі - це наука про енергію і її властивості. Назва її походить від грецьких слів «термос» - тепло і «Дінаміс» - сила. Вона охоплює область фізичних, хімічних та інших явищ, що супроводжуються тепловим ефектом в процесі перетворення форм руху матерії.

Залежно від кола питань, що розглядаються розрізняють фізичну, хімічну і технічну термодинаміку.

Технічної термодинаміки називається наука про властивості теплової енергії і законах взаімопреобразованія теплової та механічної енергії. Технічна термодинаміка покладена в основу вивчення і удосконалення всіх теплових двигунів.

Енергія може передаватися від одного тіла до іншого при їх механічному взаємодії, т. Е. Під час проведення роботи одного тіла над іншим, або безпосередньо в формі теплоти, переданої від більш нагрітого тіла до менш нагрітого за допомогою теплообміну.

За одиницю кількості енергії (в тому числі теплоти і роботи) прийнятий абсолютний джоуль (Дж), Що дорівнює роботі постійної сили в 1 н на шляху в 1 м при збігу напрямків сили і переміщення точки прикладання сили (1 Дж = 1 н . 1м = 1 кг-м2/ сек2).

У теплотехніки для отримання енергії користуються тілами різних агрегатних станів - твердими, рідкими і газоподібними. Згідно молекулярно-кінетичної теорії матерії агрегатні стани тел визначаються різними відстанями між молекулами і різними за величиною силами зчеплення між ними, причому величина сил зчеплення залежить від середньої відстані між молекулами. За другим законом Ньютона сили взаємодії пропорційні масам молекул і обернено пропорційні квадрату відстані між ними

У твердих тілах відстані між молекулами дуже малі, отже, сили зчеплення мають найбільше значення сила F дуже велика. Тому тверді тіла мають свою форму і об'єм.

Робоче тіло. У теплотехніки для отримання енергії користуються тілами різних агрегатних станів - твердими, рідкими і газоподібними. Згідно молекулярно-кінетичної теорії матерії, агрегатні стани тел визначаються різними відстанями між молекулами і різними за величиною силами зчеплення між ними. Молекули твердого тіла рухаються не поступально, а коливаються біля якогось середнього положення. Нагріванням можна майже кожне тверде тіло перевести в рідкий стан, при цьому зазвичай відстань між молекулами збільшується, а сили зчеплення зменшуються. У цьому стані молекули рухаються, а не коливаються, хоча рух ще пригнічений досить великими силами зчеплення. Подальшим нагріванням рідке тіло можна перевести в газоподібний стан. Відстань між молекулами стає ще більше, а сили зчеплення зменшуються. При подальшому нагріванні сили зчеплення між молекулами стають мінімальними і їх значення в загальному тепловому русі виявляється незначним. При цьому молекули газоподібного тіла знаходяться в безперервному хаотичному, або так званому тепловому, русі.

У рідких тел відстань між молекулами значно більше, ніж у твердих, а сила F менше. Тому молекули можуть зміщуватися відносно один одного. Рідкі тіла мають свій об'єм, але не мають своєї форми і приймають форму посудини, в якому вони знаходяться.

Для перекладу тіла з одного агрегатного стану в інше потрібні певні умови. Так, для перекладу розплавленого металу в газоподібний стан потрібно нагріти метал на кілька тисяч градусів, в той час як перетворення води в газоподібний стан при нормальному атмосферному тиску відбувається при температурі близько 100 ° С.

Як відомо з практики, взаімопреобразованіе теплової та механічної енергії виробляється за допомогою робочого тіла, яким, як правило, є газоподібні тіла - гази і пари.

робоче тіло - Тіло, за допомогою якого проводиться взаємне перетворення теплоти і роботи, Наприклад, в парових турбінах робочим тілом є водяна пара, в газових турбінах - газ, в холодильних установках - фреони, аміак, вуглекислота та ін.

Відносне відстань між молекулами у газоподібних тіл досить велике і сили взаємодії F досить малі. Газоподібні тіла не мають ні форми, ні об'єму: вони приймають форму і об'єм посудини, в який вкладено. При цьому вони займають весь наданий їм об'єм.

Використання в якості робочого тіла газів і парів пояснюється тим, що вони, володіючи великим коефіцієнтом теплового розширення, можуть при нагріванні здійснювати набагато більшу роботу, ніж рідини і тверді тіла.

Перетворення тепла в механічну роботу в теплових двигунах відбувається в результаті розширення робочого тіла. У всіх сучасних теплових двигунах як допоміжний, інакше званого робочого, тіла застосовують газоподібне тіло (газ, пар) внаслідок його здатності до великого розширення при нагріванні. Таким чином, газоподібне тіло є найбільш зручним для використання в якості робочого тіла при перетворенні в роботу тепла, яке повідомляється тілу ззовні.

Таким чином, теплота і робота (процес роботи) представляють собою дві можливі форми передачі енергії від одного тіла до іншого. Якісна відмінність понять теплота і робота полягає в тому, що теплота-така форма передачі енергії, яка представляє собою сукупність микрофизических процесів. Робота - макрофізіческая форма передачі енергії в процесі, коли переміщення точок докладання зусиль доступно безпосередньому контролю.

У термодинаміки розглядаються так звані ідеальні гази, в природі не існують. Всі гази, що зустрічаються в природі, є реальними газами. Молекули їх мають геометричні розміри (хоча і дуже малі) і являють собою тіла, пов'язані один з одним деякими силами взаємодії.

Поняття про ідеальному газі введено для спрощення вивчення термодинамічних процесів і отримання більш простих розрахункових формул.

Під ідеальним газом розуміють сукупність матеріальних точок - молекул з зникаюче малими обсягами, які перебувають в стані хаотичного руху і позбавлених сил взаємодії. Іншими словами, ідеальним газом вважають газ, в якому відсутні сили взаємодії між молекулами і можна знехтувати об'ємом самих молекул.

Багато задач, що виникають при розгляді енергетичних об'єктів можна звести до розгляду послідовності процесів передачі енергії від однієї системи до іншої. Розглянемо основні стадії перетворення енергії виникає при переробки органічного та ядерного палива, в електричну (рис. 1). Такі стадії перетворення присутні в різних типах енергетичних установок. Для перетворення енергії в роботу в цих установках використовуються гази: реальні, такі як водяна пара, або псевдогази або такі як електрони в твердих тілах.

Надалі нам потрібно робити кількісні оцінки, що дозволяють порівнювати ефективність різних методів перетворення енергії.

Найпростішим критерієм такого порівняння є ККД:

 [1]

де W - Здійснюються робота; Е - Витрачається енергія.

Внутрішня енергія робочого тіла


Розпад ядерного палива Розширення Обертання ротора турбогенератора

 Мал. 1. Перетворення деяких видів енергії в електричну

Коефіцієнт корисної дії (ККД) ТЕС, що працюють на органічному паливі, становить близько 40%, а ККД АЕС ~ 30%. Це пояснюється не тільки недоліками існуючих технологій, а й тим, що існують фундаментальні обмеження, пов'язані з самою природою процесів перетворення енергії.

Термодинаміки розглядається характер цих обмежень, і формулюються загальні принципи, що дозволяють досліджувати процеси перетворення енергії і машини, які реалізують ці процеси, а також виникають при цьому питання охорони навколишнього середовища.



 Сегменти пам'яті |  Термодинамічної системи та навколишнього середовища

 ОСНОВНІ ТЕРМОДИНАМІЧНІ ПАРАМЕТРИ СТАНУ |  Рівняння СТАНУ |  Рівняння стану ідеальних газів |  Універсальне рівняння стану ідеального газу |  Рівняння стану реальних газів. |  СУМІШІ ІДЕАЛЬНИХ газів |  теплоємність газів |  термодинамічних процесів |  внутрішня енергія |  Теплота і робота |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати