Термодинамика — это наука о закономерностях превращения энергии. Она охватывает самые разнообразные явления в физике, химии, биологии и других науках. Первоначально же в середине XIX века, она возникла как техническая термодинамика, изучающая закономерности взаимного превращения теплоты в механическую работу и являющаяся теоретическим фундаментом теплотехники. Техническая термодинамика занимается разработкой теории тепловых двигателей и установок таких, как паровые и газовые турбины, двигатели внутреннего сгорания, реактивные и ракетных двигателей, холодильных и компрессорных машин. На ее основе производится расчет и проектирование технологического оборудования для осуществления процессов деформации, сушки, термообработки и других, формируются методы прямого преобразования теплоты в электрическую энергию, проводится анализ эффективности термодинамических циклов, процессов теплообмена, изучаются термодинамические свойства различных веществ, закономерности теплового движения и др.
В термодинамике используется феноменологический метод исследования, при котором не вводится никаких предположений о молекулярном строении изучаемых тел. В других областях физики применяется статистический метод, который из определенной молекулярной структуры тел использует теорию вероятностей и математическую статистику для определения свойств совокупности микрочастиц.
Техническая термодинамика базируется на двух основных законах, установленных опытным путем и получивших название начал термодинамики.
Первый закон термодинамики характеризует количественную сторону процессов превращения энергии и представляет собой приложение к тепловым явлениям всеобщего закона природы — закона превращения и сохранения энергии.
Второй закон термодинамики устанавливает качественную сторону процессов, а именно,- условия протекания и направленность макроскопических процессов в системах, состоящих из большого количества частиц, утверждая, что теплота не может переходить сама собой от менее к более нагретому телу. В отличие от многих областей физики и химии термодинамика не оперирует какими-либо представлениями о микроскопической на молекулярном, атомарном уровне и т.д. структуре материи, т.е. справедливость ее выводов и соотношений не нарушается при изменении в ходе развития физики представлении о строении вещества. В этом и состоит преимущество термодинамического метода, использующего для описания процессов обмена энергией величины, которые могут быть либо непосредственно измерены, либо вычислены по измеренным. Но есть и недостатки — необходимость при применении общих термодинамических соотношений знать свойства вещества, т.е. для каждого конкретного случая требуется экспериментальное исследование этих свойств.
Объектом исследования в термодинамике является термодинамическая система, представляющая собой какое-либо тело или совокупность тел, находящихся в энергетическом взаимодействии между собой и с окружающей (внешней) средой. Простейшим примером термодинамической системы (тела) может служить газ, находящийся в цилиндре с поршнем. К окружающей среде следует отнести цилиндр и поршень, воздух, который окружает их, и т.д.
Энергетическое взаимодействие, или передача энергии в технической термодинамике может осуществиться двумя способами: работой и теплотой. Первый способ передачи энергии связан с наличием сиговых полей или внешнего давления. Для передачи энергии этим способом тело должно либо передвигаться в сиговом поле, либо изменять своп объем под действием внешнего давления. Иначе говоря, передача энергии в этом случае происходит при условии перемещения всего тела или его части в пространстве.
Второй способ передачи энергии реализуется при непосредственном контакте тел, имеющих различную температуру, путем обмена кинетической энергией между молекулами соприкасающихся тел либо лучистым переносом внутренней энергии излучающих тел путем электромагнитных волн. Простейшим примером передачи энергии теплотой являются системы вентиляции, кондиционирования, когда температура в помещении поддерживается за счет смешения холодного и горячего потоков воздуха.
Скачать — Мушегян Л.Е., Юрковский В.Б. Термодинамика и тепломассообмен >>
Зеркало — Мушегян Л.Е., Юрковский В.Б. Термодинамика и тепломассообмен >>
