книги / Техническая термодинамика.-1
.pdfТ |
Е |
Х Н И |
Ч |
Е С К А Я |
Т |
Е |
Р М О |
Д |
И Н А М И К А |
Под научной редакцией
до кт. техн. н аук проф . А.С. ТЕЛЕГИНА
Д опущ ено Г осударствен н ы м К ом и тетом СССР
по н аро д н о м у образованию в кач еств е учебника для студен тов вузов, обучаю щ ихся по специальности ’Т еп лоф и зи ка, автом ати зац и я и экология тепловы х а гр е гато в в м еталлурги и
МОСКВА, ’’М ЕТАЛЛУРГИЯ” 1992
Рецензенты : кафедра теплотехники и теплоэнергетики металлургических процессов
Московского института стали и сплавов; докт. техн. наук А.Г. Морачеаский
УДК 536+ 536.2.24(075)
Техническая термодинамики Учебник для вуэов/Лобанов В .И ., Я сн и ков Г .П ., Гордон Я .М ., Т елегин С .А . —М.:Металлургия, 1992.240с.
Описаны законы и основные термодинамические процессы, потенциалы и характе ристические функции, а также системы с переменной массой. Приведены свойства реаль ных веществ и влажного воздуха. Большое внимание уделейо термодинамике потока, методам термодинамики необратимых процессов и эксергии, техническим приложениям термодинамики.
Для студентов вузов, обучающихся по специальностям "Теплотехника и автоматизация металлургических печей” и "Пылеулавливание и очистка газов в металлургии”. Ил. 90. Табл. 2. Библиогр. список: 11 назв.
2602000000-008 „ |
_ |
------------------------ 2 9 -9 1 |
|
040(01)-92 |
|
ISBN 5-229-00705-2 |
£> Лобанов В.И., Ясников Г.П., Гордон Я.М., Телегин А.С., |
|
издательство "Металлургия”' 1992 |
Предисловие |
|
|
5 |
|
Г лава 1. Основные понятия и определения................................................................ |
|
7 |
||
1.1. Предмет и метод термодинамики. Задачи технической термодинамики . . . . |
7 |
|||
1.2. Термодинамическая система. Классификация систем....................................... |
|
9 |
||
1.3. Основные термодинамические параметры.......................................................... |
|
12 |
||
1.4. Термодинамический процесс.......................... |
................................................... |
|
18 |
|
Г лава 2. Первый закон термодинамики................................................... |
.................. |
23 |
||
2.1. Работа и теплота. Внутренняя энергия системы................ |
|
23 |
||
2.2. Формулировка и аналитические выражения первого закона термодинамики |
29 |
|||
2.3. Теплоемкость....................................................................................................... |
|
|
31 |
|
2.4. Энтальпия. Внешняя работа системы............................... ................................. |
|
34 |
||
Г лава 3. Второй закон термодинамики........................................................................ |
|
|
37 |
|
3.1. Различные формулировки второго закона и их общность • .............................. |
|
37 |
||
3.2. Математическое выражение второго закона термодинамики |
|
41 |
||
3.3. Третье начало термодинамики................................... |
1....................................... |
|
47 |
|
3.4. Связь между термическими и калориметрическими функциями состояния |
48 |
|||
Г лава 4. Термодинамические процессы..................................................................... |
|
S3 |
||
4.1. Политропный процесс............................................................................................ |
|
|
54 |
|
4.2. Адиабатный процесс.............................................................................................. |
|
|
59 |
|
4.3. Изобарный процесс................................................................................................. |
|
|
61 |
|
4.4. Изохорный процесс.............................................. |
............................................... |
|
63 |
|
4.5. Изотермический процесс....................................................................................... |
|
|
65 |
|
4.6. Обобщенный политропный процесс.................................................................... |
|
67 |
||
Г лава 5. Термодинамические потенциалы и характеристические функции. Систе |
|
|||
мы с переменной массой (переменным числом частиц)..................... .......................... |
i |
68 |
||
5.1. Термодинамические потенциалы и характеристические функции |
69 |
|||
|
||||
5.2. Условия термодинамического равновесия.......................................... |
............... |
75 |
||
5.3. Системы с переменной массой (переменным числом частиц)........................... |
|
78 |
||
5.4. Термодинамика фазовых превращений.............................................................. |
|
81 |
||
Г лава 6. Термодинамические свойства реальных веществ........................................ |
|
91 |
||
6.1. Термодинамические свойства жидкостей........................................ |
: ............... |
92 |
||
6.2. Термодинамические свойства реальных газов. Водяной пар. . . . |
х................ |
94 |
||
6.3. Влажный воздух ................................................................ |
|
Г................. |
Ю8 |
|
Г лава 7. Термодинамика потока.......... |
'...................................................................... |
|
117 |
|
7.1. Описания потока методами Лагранжа и Эйлера................................................. |
|
117 |
||
7.2. Первый закон термодинамики для потока..................................................... |
119 |
|
||
7.3. Второй закон термодинамики и закон сохранения массы для потока.............. |
123 |
|||
7.4. Процессы истечения газов...................................................................................... |
|
|
124 |
|
7.5. Дросселирование газов и паров........................................................................... |
|
|
138 |
|
7.6. Процессы сжатия в компрессоре......................................................................... |
|
|
143 |
Г лава 8. Методы термодинамики необратимых процессов........................................ |
15q |
||
8.1. Уравнение баланса энтропии. Производство энтропии........................................ |
jjj |
||
8.2. Термодинамические силы и потоки. Линейные феноменологические законы |
254 |
||
8.3. Линейная термодинамика необратимых процессов |
257 |
||
Г лава 9. Энергия............................................. |
1.............................................................. |
|
^ |
9.1. Эксергия теплоты термодинамического процесса............................................... |
270 |
||
9.2. Эксергия неподвижной термодинамической системы........................................ |
272 |
||
9.3. Эксергия потока.......................................................................... |
|
; ...................... |
275 |
9.4. ЭксергетическиЙ анализ реальных (необратимых) процессов в элементах |
|
||
технологических установок................................................................................. |
|
|
278 |
Г лава 10. Циклы тепловых двигателей...................................................................... |
|
lg3 |
|
10.1. Назначение двигателей........................................................................................ |
|
|
283 |
10.2. Цикл Карно и теорема Карно................................................. |
|
............................. |
287 |
10.3. Циклы двигателей внутреннего сгорания............................................ |
............. |
291 |
|
10.4. Циклы газотурбинных установок...................................................................... |
|
297 |
|
10.5. Циклы паротурбинных установок............................................ |
............. *.......... |
299 |
|
10.6. Циклы атомных электростанций и парогазовых установок |
209 |
||
Г лава 11. Циклы холодильных установок................................................................. |
|
212 |
|
11.1. Первый и второй законы |
термодинамики |
применительно к обратным |
|
циклам ....................................................................................... |
|
|
213 |
11.2. Обратный цикл Карно. Классификация холодильных циклов........................ |
214 |
||
11.3. Циклы парокомпрессорной холодильной установки........................................ |
215 |
||
11.4. Тепловые насосы .............................................. |
|
|
219 |
Контрольныевопросы...................................................................... |
|
|
227 |
Рекомендательный библиографический список............................................................... |
|
229 |
Термодинамика представляет собой физическую теорию» обладающую большой общностью в силу универсальности ее законов и их следствий. Области применения термодинамики и решаемые на её основе задачи столь обширны» что это привело к ее разветвлению на ряд отдельных направлений. В зависимости от задач исследования различают техническую, химическую, металлургическую, биологическую термодинами ку, термодинамику растворов, необратимых процессов и т.д.
Объединяющим началом всех этих направлений является аппарат термодинамики, для которого характерны глубина и завершенность логических построений и изящество мате матических выводов и следствий.
По различным аспектам термодинамики и ее приложений имеется обширная литера тура. Принципиальным вопросам термодинамики посвящены превосходные современные учебники и монографии И.П.Базарова, И.И.Новикова, Р.Кубо, М.А.Леонтовича, В.В.Сычева. Среди руководств по химической и металлургической термодинамике можно отметить книги И.Р.Пригожина и Дефэя, М.Х.Карапетьянца, О.Ф.Деверо; по термодинами ке необратимых процессов - С. Де Гроота и П.Маэура, Р.Хаазе, Н.К.Булатова и А.Б.Лундина.
Различные аспекты процессов взаимного превращения тепловой и механической энергии и ее использования в технологических процессах, составляющие предмет курса "Техническая термодинамика", изучаются студентами металлургических, теплоэнергети ческих, химико-технологических, механико-машиностроительных и строительных спе циальностей.
Совершенствование технологий и металлургических агрегатов тесно связано с раци ональной организацией* процессов'в элементах их конструкций, а также с экономией различных видов энергии и топлива. Ô связи с этим специалист по металлургической теплотехнике должен владеть термодинамическими методами анализа самых разнообраз ных физико-химических процессов, сопровождающихся тепловыми, механическими и массообменными взаимодействиями различных систем, химическими и физовыми прев ращениями, течением газообразных и жидких веществ в элементах конструкций различ ного оборудования.
Важным является вопрос качества энергии, определяющий техническую пригодность (эксергию) различных видов энергии. Потери качества энергии связаны с диссипацией (рассеянием), которая i сопровождает все реальные процессы и определяется степенью их необратимости.
Чтобы решать задачи, связанные с кругом этих вопросов, необходимы методы эксергегического анализа и термодинамики необратимых процессов.
В учебник включены основные фундаментальные понятия, принципы и соотношения классической и неравновесной термодинамики, а также вопросы, представляющие интерес для инженерных приложений в специальных дисциплинах.
Кроме основных физических принципов и важных для технических приложений разделов (процессы газов и паров, термодинамика потока, циклы тепловых двигателей и холодильных машин), рассмотрены дифференциальные уравнения термодинамики, термодинамические потенциалы и характеристические функции, вопросы термодинами ческой устойчивости.
Обобщение классической термодинамики на системы с переменным числом единиц выполнено методом Гиббса, в котором используется понятие химического потенциала. Результаты применяются для анализа фазовых переходов и процесса зародышеобразования.
В разделе, посвященном термодинамике необратимых процессов, рассмотрены урав нение баланса энтропии, линейные феноменологические законы и соотношения взаим ности Онзагера. Конкретные приложения теории связаны с процессами релаксации, теплопроводности и диффузии.
На основе диссипативной функции неравновеской термодинамики проанализирована
работа термодинамических систем в различных необратимых процессах. Рассматривается также другой альтернативный подход к анализу необратимых потерь, основанный на эксергическом методе.
По просьбе авторов в написании гл. 9 приняли участие доценты В.С.Белоусов и А.А.Морилов. При написании учебника использован опыт преподавания термодинамики на металлургическом и теплоэнергетическом факультетах УПИ им. С.М.Кирова.
Авторы заинтересованы в оценке опыта создания подобного учебника, а также в дальнейшем его улучшении и просят читателей присылать свои отзывы по адресам: г. Москва, 2-й Обыденский пер., д. 14., издательство "Металлургия” или г. Свердловск, Уральский политехнический институт им. С.М.Кирова, металлургический факультет.
Гл а в а 1 . ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
1.1.ПРЕДМЕТ ИМЕТОД ТЕРМОДИНАМИКИ.
ЗАДАЧИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ
Т ерм оди н ам и ка п р ед ставл яет собой ф изическую теорию и и зучает закон ом ерн ости теп л о во й формы д ви ж ен и я м атерии . М етодами терм о д и н ам и к и исследую т процессы взаи м н о го п ревращ ен и я сам ы х различ ны х в и д о в энергии, вк л ю ч ая м ехан и ческую , тепловую , м агнитную , электри ческую и т.д . И зучаем ы е терм оди н ам и кой я в л е н и я о б у сло вл е ны особенностям и теп л о во го д ви ж ен и я стр у к ту р н ц х частиц системы . Это м огут быть м о л ек у л ы , атом ы , ионы , а так ж е элем ентарны й части цы - электрон ы , протоны , у -кван ты электром агн и тн ого п о л я и т.д .
Важно, что определяю щ им д л я теп л о во й формы д ви ж ен и я я в л я е т с я |
н е |
м ех ан и ч еск о е п овед ен и е отдельн ы х частиц, а сущ ествован и е к о л л е к |
ти ва |
больш ого |
числа |
частиц |
(п о р яд к а |
числа |
А вогадро |
N |
= |
|||||||||
= 6 ,0 2 2 - 1023 м о л ь " 1). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Б л аго д ар я кач ествен н о |
новы м |
зако н о м ер н о стям |
теп л о во го |
д в и |
|||||||||||||
ж ен и я по сравнению |
с чисто м ех ан и ч ески м , д л я |
о п и сан и я м ак р о ск о |
|||||||||||||||
п и ч ески х |
свой ств вещ ества Требуется |
горазд о |
м еньш е перем ен н ы х, |
||||||||||||||
чем |
д л я |
о п и сан и я |
м и кросостоян и й . |
Н априм ер, |
д л я о п р ед ел ен и я |
||||||||||||
свой ств |
м н оги х |
га зо в достаточно |
знать |
д в а м ак р о ск о п и ч еск и х |
п ара |
||||||||||||
м етра: |
тем п ературу |
и д авл ен и е . |
Это |
д ает |
возм ож ность, |
и сп о л ьзу я |
|||||||||||
м ак р о ск о п и ч еск и е п ерем енны е, не обращ аться к |
д етальн ой м о л е к у |
||||||||||||||||
ляр н о й |
к ар ти н е |
строен и я |
вещ ества, |
счи тая его |
сплош ны м . |
Т ако й |
|||||||||||
п о д х о д |
назы ваю т ф ен ом ен ологи чески м , |
он |
леж ит |
в |
о сн ове терм оди |
||||||||||||
н ам и к и . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Т ер м о ди н ам и ка |
и зучает |
сво й ства |
м ак р о ск о п и ч еск и х |
систем , и сх о д я |
|||||||||||||
из д в у х |
осн овн ы х за к о н о в, |
н азы ваем ы х |
н ачалам и терм оди н ам и ки , |
и |
|||||||||||||
не |
и сп ользует |
я в н о п редставлен и й |
о |
м и к р о стр у к ту р е |
вещ ества. |
||||||||||||
Пе^Ьый |
за к о н тер м о ди н ам и ки х ар ак тер и зу ет коли чествен н ую |
сторо |
|||||||||||||||
н у м ак р о ск о п и ч еск и х я в л е н и й , второй |
у стан авл и вает и х |
кач ествен |
|||||||||||||||
ную |
сторону (направленность). Оба н ачала |
терм о ди н ам и ки |
я вл я ю тся |
обобщ ением опы та.
П ервое н ачал о тер м о ди н ам и ки п р ед ставл яет собой коли чествен н ую ф о р м у л и р о вк у ф ун дам ен тальн ого за к о н а природы - за к о н а сохран е н и я и п р евр ащ ен и я энергий, которы й я в л я е т с я естественны м вы раж е н и ем общ еф илософ ской м атери али сти ческой и деи о несотворим ости и неуничтож им ости д ви ж ен и я . В тер м о д и н ам и к е за к о н со х р ан ен и я энергии и м еет свою специф ическую ф орм у у р авн ен и я, связы ваю щ его
м еж д у собой теп лоту и работу. |
|
|
Второе н ачало тер м о д и н ам и ки п р ед ставл яет собой за к о н |
об энтро |
|
пии . П ро явл ен и е этого за к р н а |
м ож н о проиллю стрировать н а |
прим ере |
ди сси п ац и и |
энергии . |
П рим ером |
дисси п ати вн ого |
процесса м ож ет |
||||||||||
служ и ть |
м ех ан и ч еск о е д ви ж ен и е, |
сопровож даем ое |
трением . М ехани |
|||||||||||
ч е с к а я эн ер ги я, |
затр ач и ваем ая на |
работу |
против |
сил |
трен и я, |
п р ев |
||||||||
р ащ ается |
(диссипирует) |
в |
теп лоту, к о то р ая |
р ассеи вается |
в |
о к р у |
||||||||
ж аю щ ей |
среде. Д иссипативны е процессы |
имею т односторонню ю |
нап |
|||||||||||
равл ен н о сть и сопровож даю тся возрастан и ем энтропии . |
|
|
|
|||||||||||
И сп ользуя д в а |
н ачал а |
тер м о ди н ам и ки , |
м ож но п олучи ть |
осн овн ы е |
||||||||||
р езу л ьтаты теории . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
О тносясь |
к р азд ел у |
м ак р о ск о п и ч еск о й |
ф и зи ки , тер м о д и н ам и к а |
|||||||||||
оп ери рует |
то л ьк о м ак р о ск о п и ч еск и м и |
вел и ч и н ам и , |
так и м и |
к а к |
||||||||||
плотность, |
д авл ен и е, |
тем п ература |
и т.д . Эти |
парам етры м огут |
быть |
|||||||||
непосредственно |
изм ерены |
н а опы те и ли |
вы раж ен ы |
при |
пом ощ и |
|||||||||
терм оди н ам и чески х |
соотнош ений |
через |
|
вели чи н ы , |
п оддаю щ иеся |
|||||||||
изм ерению . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т ерм оди н ам и чески е м етоды п о зво л яю т устан ови ть м н оги е свой ства
м акр о ско п и чески х , ф и зи чески х систем , не п р и б егая к |
п р ед ставл ен и ям |
о м о л е к у л я р н о м строении вещ ества. Т ер м о ди н ам и ка |
и зучает за к о н о |
м ерности п р евр ащ ен и я энергии в равн о весн ы х си стем ах и при п ер е х о д е систем ы в состояние р ав н о в еси я (к л асси ч еск ая или р авн о в есн ая
терм оди н ам и ка), |
а та к ж е переносит эти закон ом ерн ости н а н ер авн о |
весн ы е систем ы |
(н ер авн о весн ая тер м о ди н ам и ка или тер м о д и н ам и к а |
н еобратим ы х процессов).
Феноменологический характер термодинамики (ее несвязанность с молекулярнокинетической сущностью изучаемых явлений) обеспечивает достоверность общих выводов и соотношений независимо от того, из каких структурных частиц состоит система и к каким агрегатным состояниям вещества они применяются, так как изменение модельных представлений, которое имеет место в процессе развития научных знаний о структуре тел, никак не может влиять на результаты термодинамического анализа. С другой стороны, это приводит к определенной ограниченности термодинамики, так как не позволяет вскрыть достаточно глубоко природу исслед> емых явлений.
Таким образом, термодинамика является первым шагом на пути к изучению законо мерностей поведения большого собрания непрерывно движущихся и взаимодейст вующих частиц. Для всестороннего и более глубокого изучения этих закономерностей необходимо рассматривать микроскопические свойства систем на.уровне их молекуляр ной и атомной структур.
Изучение макроскопических систем на основе молекулярно-кинетических представ лений составляет предмет статистической физики. Статистическая физика оперирует микросостояниями, которые определяются заданными координатами и скоростями молекулярных частиц системы. Беспорядочность теплового движениях этих частиц позволяет считать каждое микросостояние системы случайным событием, которое может реализоваться с той или иной вероятностью. Поведение каждой структурной частицы подчиняется законам классической или квантовой механики. Однако поведение ансамбля частиц подчиняется качественно новым статистическим закономерностям.
Т ак и м о б р азо м , стати сти ческая ф и зи к а и зу ч ает п о вед ен и е ан
сам б л ей частиц на о сн ове м ех а н и к и м ето дам и теори и вер оятн ости .
И стати сти ческ ая ф и зи ка, и те р м о д и н ам и к а им ею т общ ий п р ед м ет и сс л е д о в а н и я - зако н о м ер н о сти теп л о во го д в и ж е н и я стр у к ту р н ы х
частиц м и к р о ск о п и ч еск и х тел. М ежду терм оди н ам и кой и статистичес
кой ф и зи кой сущ ествует гл у б о к а я |
связь: м ак р о ско п и чески е парам ет |
|||||
ры, которы м и |
оперирует терм оди н ам и ка, |
рассм атриваю тся к а к сред |
||||
ние статистические вели чи н ы , п олучаем ы е в результате |
вероятн ост |
|||||
ного у ср ед н ен и я х ар ак тер и сти к отдельн ы х м и кросостояний . |
||||||
П о ско л ьк у |
в |
статистической |
ф и зи ке |
использую тся |
м одельн ы е |
|
п р ед ставл ен и я |
о |
строении вещ ества, |
ее |
м етодам и у д ается реш ить |
||
задачи , которы е не реш аю тся м етодам и |
терм оди н ам и ки . В частности, |
|||||
стати сти ческая |
ф и зи ка п о зво л я ет получить у р авн ен и е состоян и я д л я |
лю бых систем . К ак мы у ви д и м дальш е, это у р авн ен и е и грает чрезвы чайно важ ную роль в терм оди н ам и чески х и сслед о ван и ях свойств вещ еств, ко то р ы е использую т в разли чн ы х техн и ческ и х устройствах .
П оскольк у тер м о д и н ам и ка и стати сти ческая ф и зи ка изучаю т одни и те ж е систем ы , р азд ел ен и е этих п редм етов н е я в л я е т с я н еобходим ы м ,
а носит ск о р ее традиционны й хар актер . |
|
|
|
|
|
||||||||
Х отя |
п редм етом |
наш его |
и зу ч ен и я |
служ ит |
терм оди н ам и ка, м ы |
||||||||
б удем , |
там |
гд е это |
потребуется |
д л я лучш его |
п он и м ан и я |
сущ ества |
|||||||
д ела, обращ аться к м о лек у л яр н о -к и н ети ч еск и м п ред ставл ен и ям . |
|||||||||||||
Т ех н и ч еск ая тер м о ди н ам и ка |
и зучает |
процессы взаи м н о го п ревр а |
|||||||||||
щ ен и я теп л о во й |
и м ех ан и ч еско й |
энергии, п рои сходящ и е в |
тепловых; |
||||||||||
д в и га те л я х и разли чн ы х тех н и ч еск и х устройствах, к |
которы м относят |
||||||||||||
м етал л у р ги ч еск и е печи и други е |
теп лотехн и чески е |
у стан о вк и . О на |
|||||||||||
вк лю чает |
в |
себя |
обш ирный |
к р у г |
задач: разр або тку теории |
теп л о вы х |
|||||||
д ви гател ей |
и хол о д и льн ы х |
м аш ин, м етодов ан али за и |
оптим изации |
||||||||||
реж и м о в |
работы |
теплоиспользую щ его |
обор у д о ван и я, |
и сслед ован и е |
|||||||||
тер м о д и н ам и ч еск и х |
свой ств |
н овы х рабочих тел . М ного |
н овы х зад ач |
||||||||||
в о зн и к ает |
с |
освоен и ем нетрадиционны х |
и сточн и ков |
энергии (терм о |
|||||||||
яд ер н ы й |
синтез, |
топ ли вн ы е |
элем енты , и сп ользован и е |
солнечной |
эн ерги и , во д о р о д н ая эн ер гети ка и т.д.).
L2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ
О бъект терм оди н ам и ческого и ссл ед о ван и я назы ваю т терм оди н ам и ч еск о й систем ой . В кач еств е терм оди н ам и ческой системы м ож ет рассм атри ваться лю бое м ак р о ск о п и ч еск о е тело и ли совокуп н ость тел, взаи м од ей ствую щ и х м еж д у собой и д р у ги м и телам и , не вх о д ящ и м и в
систем у . |
Т ер м о ди н ам и ческая |
систем а, |
к а к |
о б ъ ек т и сслед о ван и я, |
|||
в ы д ел я е тс я и з о к р у ж ен и я кон трольн ой |
поверхностью (или |
оболоч |
|||||
кой ). Эта |
поверхн ость |
м ож ет |
быть |
реальн ой |
(наприм ер, д л я |
газа в |
|
балл о н е - |
в н у тр е н н я я |
п оверхн ость |
баллон а) |
и ли м ы слим ой (плос |
кость, сф ера и т.д .). Все тел а за п ред елам и кон трольн ой п оверхн ости назы ваю т окруж аю щ ей и л и вн еш н ей средой .
Из д ан н ы х оп р ед ел ен и й ви д н о , что вы бор систем ы я в л я е т с я произ-
во л ьн ы м и д и к ту е т ся то л ь к о |
у сл о в и я м и |
к о н к р етн о й |
задачи и сслед о |
|
в а н и я . На это сл ед у ет обратить вн и м ан и е, п о с к о л ь к у удачн ы й |
вы б ор |
|||
тер м о ди н ам и ч еско й систем ы |
п о зв о л я ет |
упростить |
реш ение |
зад ач и . |
В х о д е реш ен и я к о н к р етн ы х зад ач м ож но при необходим ости в к л ю чать в систем у лю бы е вн еш н и е по отнош ению к ней тела. В этом с л у ч ае го в о р я т о расш иренной терм оди н ам и ч еской систем е (систем а + вн еш
н ее тело). С истем у м ож но р азд ел и ть н а части (подсистем ы ). |
|
|||
Из вероятн остн ого |
о п и сан и я тер м о ди н ам и ч ески х систем |
м ето дам и |
||
статистической ф и зи ки сл ед у ет, что |
м ак р о ск о п и ч еск и е |
вел и ч и н ы , |
||
характери зую щ и е систем у, д олж н ы испы ты вать |
спонтанны е ф л у к |
|||
ту ац и и (о ткл о н ен и я |
от средн и х значений). Эти |
ф лу к ту ац и и тем |
||
больш е, чем м еньш е число частиц в систем е. |
|
|
||
В тер м о ди н ам и ке |
рассм атриваю тся |
систем ы , |
ф л у к ту ац и я м и в |
ко то р ы х м ож но пренебречь. В с в я зи с этим число части тер м о д и н ам и ческой системы н е д олж н о быть сли ш ком м ал ы м (Nq +" 1).
И сходны е п о л ож ен и я тер м о д и н ам и ки бы ли у стан о вл ен ы н а осн о ве опы тны х данны х, получен н ы х д л я систем к он еч н ы х р азм ер о в . Э кстра
п о л я ц и я тер м о ди н ам и ч ески х м ето д о в на систем ы |
б ескон еч н ы х |
р а з |
м ер о в без у ч ета кач ествен н ы х и зм ен ен и й , которы е |
м о гу т быть |
с в я |
заны с так и м п ереходом , п ри вод и т к ош ибочны м результатам . В с в я зи с этим число частиц в систем е не долж н о быть чрезм ерн о больш им (No *Л 8).
В сам ом общ ем случае, в ы д е л я я систем у п осредством кон тр о льн о й
поверхности, м ы тем |
сам ы м н ё исклю чаем |
ее взаи м о д ей ств и я |
с |
о к |
||||||
руж аю щ ей средой . Т ер м о д и н ам и ческ ая систем а и |
о круж аю щ ая |
среда |
||||||||
м о гу т |
н ах о д и ться в |
м ех ан и ч еск о м и |
теп л о во м |
взаи м о д ей стви и , |
а |
|||||
так ж е |
о б м ен и ваться |
вещ еством . |
Если |
систем а |
н е о б м ен и в ается |
с |
||||
окруж аю щ ей средой ни эн ерги ей , ни вещ еством (в том числе и |
и зл у |
|||||||||
чением ), то ее назы ваю т и зо л и р о ван н о й и л и зам к н у то й . |
|
|
|
|||||||
Т ерм одинам ическую |
систем у, |
к о то р ая |
м ож ет |
о б м ен и в аться |
в е |
|||||
щ еством с окруж аю щ ей |
средой, |
назы ваю т |
откры той , в п р о ти вн о м |
сл у чае ее назы ваю т закры той .
З акры тую систем у, н е обм ениваю щ ую ся теп лотой с д р у ги м и систе м ам и (окруж аю щ ей средой), назы ваю т ади абатн ой .
Все тер м о ди н ам и ч ески е систем ы |
р азд ел яю тся н а д в а больш и х |
к л а с са - гом оген н ы е и тегероген н ы е. |
|
Г ом огенной назы ваю т систем у, м еж д у лю быми ч астям и ко то р о й нет
п о верхн ости р азд ел а . В та к и х си стем ах сво й ства и зм ен яю тся н еп р е
р ы вн о (без ск а ч к а ) п ри п ер ех о д е от од н ого м еста к д р у го м у . П рим ером
го м оген н ой |
систем ы м ож ет служ и ть м ы слен н о |
вы д ел ен н ы й столб |
|||
в о зд у х а , п р е д ст а в л я ю щ и й , собой см есь |
га зо в , в |
осн овн ом азо та й |
|||
к и сл о р о д а . В так о й систем е п о д д ей стви ем |
силы тяж ести |
н еп р ер ы вн о |
|||
и зм ен яю тся |
по вы соте к а к состав, т а к |
и |
ф и зи чески е |
сво й ств а в е |
|
щ ества. |
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|