Техническая термодинамика представляет собой науку, изучающую взаимные превращения энергии (работы и теплоты), и условия, при которых подобные превращения могут совершаться наиболее эффективным образом.
Техническая термодинамика устанавливает взаимосвязь тепловых и механических процессов, совершаемых в холодильных и в тепловых машинах, занимается исследованием специальных процессов, осуществляемых в парах и газах, а также изучает свойства тел при разнообразных физических условиях.
Суть технической термодинамики
Рисунок 1. Техническая термодинамика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Процессы энергообмена сопровождают абсолютно все явления в мире. Термодинамика, в свою очередь, обеспечивает создание общих методов изучения энергетических явлений. Данный раздел науки обладает всеобщим методологическим значением, а ее методы задействованы в различных областях научного знания.
В технической термодинамике общие методы, а также, положения, определения, математический аппарат физической термодинамики применяются в целях исследований явлений, сопровождающих энергетический обмен в механической и тепловой формах. Техническая термодинамика представляет собой теорию работы тепловых машин, представляющих в реальности основу современной энергетики.
Данный раздел термодинамики характеризуется следующими свойствами:
- обеспечивает установление непосредственной взаимосвязи процессов тепловой передачи с химическими и механическими процессами, протекающими в тепло двигателях или холодильных машинах;
- рассматривает процессы, осуществляемые в парах и газах;
- исследует свойства тел при разнообразных физических условиях.
Деление термодинамики, согласно разделам, при этом в действительности условно, поскольку выводы общей термодинамики являются справедливыми в отношении каждого из них.
Техническая термодинамика, базируясь на основных законах и задействуя их в процессах преобразования теплоты в работу и наоборот, способствует развитию теории тепловых двигателей, исследованию проходящих в них процессов, а также, расчету их эффективности.
Основные понятия технической термодинамики
Техническая термодинамика состоит из следующих основных понятий, которые следует учитывать при ее детальном изучении:
- термодинамическая система;
- рабочее тело и внешняя среда;
- равновесное и неравновесное состояния рабочего тела;
- термодинамический процесс.
В условиях этого, важным становится усвоение определения и физической сути таких термодинамических процессов, как: равновесный и неравновесный, необратимый и обратимый. Реальные состояния и процессы начнут приближаться к идеализированным в условиях очень незначительных изменений параметров состояния и в том случае, если временные промежутки между последовательными изменениями состояния достаточно велики.
Теплота и работа являются определенными энергетическими формами, характеризующими два вида энергии: механическую и тепловую. При этом работа может переходить в теплоту и обратно, что говорит об их свойстве взаимного превращения. Работа превращается в теплоту полностью, и это всегда. В то же время, переход теплоты в работу уже происходит с определенными ограничениями (даже в условиях идеального процесса).
В тепловой машине взаимное превращение работы и теплоты происходит благодаря рабочему телу, которое под механическим и тепловым воздействием должно обрести способность ощутимо менять свой объем. Это, в свою очередь, объясняет использование пара или газа в тепловых машинах.
С целью более четкого понимания физической сути исследуемых закономерностей термодинамики и принципов работы разных теплотехнических устройств, требуется освоить принцип графического изображения любых процессов (даже включая круговые (циклические) в термодинамических диаграммах). Так, графическим способом можно изобразить только равновесные обратимые процессы и циклы, совершаемые рабочим телом.
Во всех теплотехнических установках, использующих газ в качестве рабочего тела, он будет считаться идеальным (иными словами, - состоящим из молекул, не обладающих размерами и с отсутствием силы взаимодействия друг с другом, т.е. – силы отталкивания и притяжения), за исключением упругих соударений.
Особенности термодинамического метода
Рисунок 2. Статистический и термодинамический методы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Метод термодинамики основан на применении незначительного количества законов, сформулированных на базе данных, полученных эмпирическим способом. Данные законы считаются законами природы. В качестве основ термодинамики выступают три главных закона (три начала термодинамики, другими словами):
- Первое начало: закон сохранения энергии, сформулированный в понятиях термодинамики.
- Второй закон определяет направление изменений, проявляющихся в процессах обмена энергией. Такой закон не обладает всеобщностью первого начала и эффективен исключительно в отношении явлений, включающих тепловой формат обмена энергией.
- Третье начало термодинамики выражено в теореме Нернста и демонстрирует еще большие ограничения в области своего применения. Закон создан с целью объяснения поведения вещества в условиях низких температур, приближенных к абсолютному нулю.
С целью описания процессов обмена энергией, в термодинамике применяются определенные понятия и величины, чей смысл не взаимосвязан с представлениями о микромире (макроскопические, феноменологические, термодинамические) параметры. Такие понятия считаются актуальными исключительно в отношении макротел.
Главным преимуществом термодинамического метода можно считать тот факт, что термодинамические методы и соотношения не будут сохраняться в условиях развития и принципиального изменения представлений о строении вещества. Общие термодинамические соотношения могут быть применимыми к веществам в абсолютно любом состоянии (твердым телам и газам, жидкостям, электромагнитным излучениям).
К недостаткам термодинамического метода относится необходимость информации относительно свойств вещества (в конкретных случаях для применения общих соотношений термодинамики).
Термодинамические методы могут применяться исключительно к макроскопическим системам, при этом, тела или их совокупности должны быть ограниченными. Выводы термодинамики не могут распространяться на бесконечную Вселенную, поскольку основные положения создавались вследствие наблюдения за ее явлениями в ограниченной части.
