TermoDYNAMIKA 20089.pdf

TERMODYNAMIKA TECHNICZNA

MiBM III ( MEM02230, TR III (MEME4024), ZIP IV (MMM6022)

ALFABET GRECKI

alfa

Α α

beta

Β β

gamma

Γ γ

delta

epsilon

Ε ε

dzeta

Ζ ζ

eta

Η η

teta

Θ θ

jota

Ι ι

kappa

Κ κ

lambda

Λ λ

Ν ν

ksi

Ξ ξ

omikron

Ο ο

Π π

Ρ ρ

sigma

Σ σ

tau

Τ τ

ypsilon

Υ υ

Φ φ

chi

Χ χ

psi

Ψ ψ

omega

WSTĘP

Termodynamika jako dział mechaniki jest dyscypliną podstawową w technice cieplnej,

obejmującą nie tylko energetykę cieplną (kotły, turbiny, maszyny parowe, pompy), lecz

także inne dziedziny gospodarki, jak chłodnictwo, kriotechnikę. silniki wewnętrznego

spalania itp.

Termodynamikę dzielimy na teoretyczną, techniczną i chemiczną, dwie ostatnie zaś są

termodynamikami stosowanymi, gdyż oprócz podstaw teoretycznych obejmują podstawy

zastosowań w technice i chemii.

Sposób opisywania zjawisk w termodynamice może być statystyczny lub

fenomenologiczny.

Zjawiska termodynamiczne, zachodzące w ośrodkach ciągłych, zazwyczaj są opisywane

w sposób fenomenologiczny, wynikający bezpośrednio z doświadczenia. Zjawiska te

można opisywać także w sposób statystyczny. Ośrodki składające się z niewielkiej ilości

drobin lub ośrodki o ich niezbyt dużej gęstości lepiej opisywać za pomocą metod

statystycznych. W tym przypadku sprawdzeniu doświadczalnemu podlega wynik

rozważań statystycznych.

Podstawowe prawa termodynamiki są znane od dawna w postaci pierwszej, drugiej

i trzeciej zasady. Wprowadzono później także nazwę zerowej zasady termodynamiki na

określenie zjawiska wyrównywania temperatury. Jako czwartą zasadę termodynamiki

uznaje się obecnie zasadę wzajemności Onsagera. Stosowane są różne interpretacje i

kolejności w poznawaniu praw termodynamiki. Są to tzw. ujęcia. Ujęcia są doskonalone

w miarę rozwoju teorii, zwłaszcza zastosowań. Spotyka się także ujęcia nieco odmienne

niż powszechnie stosowane, zmieniające kolejność poznawania poszczególnych działów

praw i dowodów, np. ujęcie Truesdela.

Należy jednak zwracać uwagę na istotną różnicę między tzw. ujęciem nowoczesnym a

rozwojem merytorycznym termodynamiki.

Podstawy termodynamiki obejmują wiele praw i sformułowań, nieraz ściśle ze sobą

powiązanych. Analiza powiązań w celu ustalenia odpowiedniej kolejności (sekwencji)

twierdzeń (od najprostszych do bardziej złożonych) oraz zmniejszenie

do minimum ich liczby, jest treścią tzw. aksjomatyki termodynamiki (Ehrenfest, Afanasjew,

Pianek, Garatheodory, Falk, Jung, Giles i inni). Podstawowe pojęcia jako oczywiste

przyjmuje się bez dowodu. Ujęcia, które w pewnym zakresie są charakterystyczne dla

prawie każdego autora, oraz aksjomatyka, dotyczą rozwoju strony formalnej

termodynamiki. Rozwój merytoryczny polega na poznawaniu nowych praw i ustalaniu

nowych zależności w podstawach i zastosowaniach termodynamiki.

Nazwa termodynamika wywodzi się od greckich słów :

τερoσ ciepły i δυναµiς siła;

wprowadzono ją do nauki wtedy, gdy nie odróżniano pojęcia pracy jako skutku działania

siły od samej siły i określano tym samym terminem.

Urządzenia (siłownie, chłodziarki, sprężarki, pompy, piece, wymienniki ciepła, także

silniki, maszyny i in.), w których występuje ciepło i praca, nazywamy urządzeniami

termodynamicznymi. Ponieważ jest ścisły związek między ciepłem, pracą a energią,

przeto używa się także określenia urządzenia energetyczne.

We wspomnianych urządzeniach czynną rolę lub rolę pośrednika w przekazywaniu

energii odgrywa tzw. czynnik termodynamiczny, którym może być dowolne ciało

rzeczywiste, zwykle jednak ciało płynne, gaz lub ciecz. Dlatego wiele miejsca poświęca

się na poznanie praw zależności i właściwości tych czynników.

Oznaczenia podstawowe

Wszystko co ma masę jest materią [26]. Materię posiadającą masę spoczynkową nazywamy

substancją i oznaczamy przez G. Materię nie zawierającą masy spoczynkowej nazywamy

materią polową, np. fotony promieniowania elektromagnetycznego (mają masę, a nie mają

substancji).

Ilość substancji można mierzyć ilością cząsteczek molem lub masą spoczynkową

znajdującą się w znormalizowanych warunkach termicznych (tzw. kilogramem normalnym).

Ponieważ w technice spotykamy się z prędkościami w dużym stopniu nie przekraczającymi

1/100 prędkości światła, a znormalizowane warunki termiczne nie mają praktycznie

wpływu na masę, więc praktycznie ilość G substancji równa się ilości m masy.

W termodynamice występują oznaczenia, które odbiegają od stosowanych w innych

dziedzinach nauki i z tego względu wymagają oddzielnego omówienia. Wielkości

dotyczące całego ciała są oznaczane dużymi literami alfabetu, np. Q, /, V, U itp. Wielkości

zależne od ilości substancji, tzw. wielkości addytywne odniesione do ilości m substancji

ciała, są oznaczone literami małymi, np.: q = Q/m, i = I/m, v = V/m, u = U/m itp. i

mają dodatkowe określenie wielkości właściwych * } , np.

*) Wielkości właściwe nie są addytywne

v — objętość właściwa, i — entalpia właściwa z wyjątkiem q, które będziemy nazywali

ciepłem jednostkowym albo kilogramowym ze względu na to, że termin „ciepło

właściwe" jest powszechnie używany do określenia innej termodynamicznej wielkości.

Jeżeli dana wielkość, zależna od czasu, jest do niego odniesiona (podzielona), to

zwykle określa się ją jako strumień tej wielkości lub jej natężenie i oznacza kropką

(jak pochodną do czasu w matematyce), np.: Q’ = Q/ τ strumień ciepła,

/ strumień entalpii, V’ strumień objętości lub objętościowe natężenie przepływu,

m’ = m/τ strumień masy lub natężenie przepływu masy. W tabeli 1.1 zestawiono

oznaczenia i jednostki podstawowych wielkości fizycznych stosowanych

w termodynamice. Podano także m. in. uwagi dotyczące stosowanej terminologii, która

w dziedzinie termodynamiki nie zawsze jest jednolita.

Pojęcia podstawowe

Znamiona stanu, stan ciała, równanie stanu*)

Do określenia jakiegoś ciała i odróżnienia go od innych, używamy przymiotów tego

ciała, czyli jego znamion, np. długości, szerokości, barwy, temperatury, ciśnienia, zapachu

itp.

mówimy, że nie są wielkościami.

Wśród znamion ilościowych można wyróżnić takie, które nie ulegają zmianie, np. stała

gazowa, liczba molowa oraz takie, jak np. ciśnienie, temperatura, objętość, które mogą

ulegać zmianom. Znamiona ilościowe zdolne do zmiany odgrywają ważną rolę

w określaniu stanu danego ciała i dla podkreślenia tej ich cechy nazywamy je znamionami

stanu.

znamionami jakościowymi;

*) Według pracy [26], z pewnymi zmianami.

Wśród wymienionych znamion można wyodrębnić takie, które dadzą się liczbowo

wyrazić, np. długość, szerokość, temperatura, ciśnienie itp. — znamiona te nazywamy

znamionami ilościowymi, mówimy, że są wielkościami. Pozostałe znamiona, nie dające się

wyrazić liczbowo, np. kształt, zapach, barwa, nazywamy

O dwu ciałach mówimy, że są w takim samym stanie, jeśli zespół wszystkich

znamion stanu określających te ciała jest odpowiednio taki sam, czyli możemy

powiedzieć, że stan ciała jest określony przez zespół znamion stanu.

Znamiona stanu traktowane w danym zagadnieniu jako zmienne niezależne

będziemy nazywali parametrami stanu, a znamiona zależne funkcjami stanu.

Oczywiście to samo znamię stanu może raz być funkcją stanu, a drugi raz, w

innym zagadnieniu, parametrem stanu*'. Nie wszystkie znamiona stanu są od

siebie niezależne. Określając dowolny stan ciała możemy dobrać dowolnie

tylko pewną określoną liczbę znamion stanu, pozostałe znamiona są już od

nich zależne.Tę minimalną liczbę parametrów stanu, którą w celu określenia

dowolnego stanu możemy dobrać niezależnie, będziemy nazywali zupełnym

układem parametrów stanu, np. dla gazu doskonałego zupełnym układem

parametrów stanu jest układ pv, Ts, lub is i in. Funkcję stanu wyrażoną za

pomocą zupełnego układu parametrów stanu będziemy nazywać równaniem

stanu (dla gazu doskonałego v = RT/p). Z omówionych definicji wynika

(rozpatrując zagadnienie geometrycznie), że w zupełnym układzie parametrów

stanu, stanowi odpowiada jeden punkt i każdemu punktowi w tym układzie

odpowiada jeden stan ciała.

Ciśnienie

Bardzo ważnym i często stosowanym znamieniem stanu jest ciśnienie. Jeśli

nacisk na jakąś powierzchnię F oznaczymy przez K, to miejscowe ciśnienie p da

się wyrazić wzorem

p =

(2.1)

Jeśli nacisk jest równomiernie rozłożony, to ciśnienie p (w Pa) można określić

wzorem

p =

(2.2)

Podstawową jednostką ciśnienia jest 1 Pa, czyli 1 N/m 2 . Jest to jednostka zbyt

mała do określenia większości ciśnień występujących w technice, stosuje się

więc

megapaskal 1 MPa = 10 6 Pa. Ze względu na wciąż używane przyrządy pomiarowe skalowane

w atmosferach technicznych (at), przejściowo jako jednostkę pomocniczą stosowano 1 bar = 10 5

Pa. Ze względu na kłopoty z przeliczaniem jednostek, ciśnienie w megapaskalach oznaczy się

przez P.

W literaturze spotyka się określenie wszystkich znamion stanu parametrami i funkcjami, z tym że dane wyjściowe traktuje

się zwykle jako parametry, a dane wyliczone jako funkcje. Parametry określające bezpośrednio stan substancji, np. p, v, t

nazywa się także parametrami fizycznymi, a te, do których określenia posłużono się ciepłem, parametrami kalorycznymi

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: