 |
Термодинамика как базовая дисциплина специальности ТГВ
|
|
|
|
Лекция 2
Термодинамика как базовая дисциплина специальности ТГВ
1. История возникновения термодинамики
2. Предмет и методы термодинамики
3. Роль термодинамики при изучении специальных дисциплин
Студенты специальности ТГВ (теплогазоснабжение и вентиляция) на 2 курсе начинаю изучение курса «Техническая термодинамика», первым предметом читаемым преподавателями кафедры ТТГВ. Данная лекция познакомит вас о важности этого курса для последующего изучения профильных дисциплин.
1. История возникновения термодинамики
Термодинамика возникла из потребностей теплотехники. Развитие производственных сил стимулировало ее создание. Широкое применение в начале ХІХ в. паровой машины поставило перед наукой задачу теоретического изучения работы тепловых машин с целью повышения их коэффициента полезного действия. Так в 1824г. французским физиком Сади Карно было проведено исследование, доказавшим теоремы, определяющие наибольший коэффициент полезного действия тепловых машин. Эти теоремы позволили в последствии сформировать один из основных законов термодинамики – второе начало. В 40-х годах ХІХ в. в результате исследований Майера и Джоуля был установлен механических эквивалент теплоты и на этой основе открыт закон сохранения и превращения энергии, называемый в термодинамике ее первым законом. Первое и второе начало термодинамики или первый и второй закон термодинамики имеют различные формулировки, большая часть которых эквивалентна одна другой и выражает полное содержание самого закона. Разнообразие формулировок этих законов связано с их проявлением в тех или иных конкретных случаях.
|
|
|
В 1906г. на основе многочисленных исследований свойств тел при температуре, был установлен новый закон природы – третье начало термодинамики.
Основываясь на трех началах, термодинамика исследует свойства реальных систем, состоящих из большого числа частиц.
Сложившееся название «термодинамика» употребляется вне связи с понятием динамики и определяет не учение о движении теплоты, а науку о «движущих силах», возникающих при тепловых процессах. (И. П. Базаров Термодинамика, М.: Высшая школа, 1991, 376 с. )
2. Предмет и методы термодинамики
В зависимости от задач исследования выделяют:
-общую;
-химическую;
-техническую термодинамику;
-термодинамику биологических систем и т. д.
Для студентов теплотехнических специальностей особое значение играет техническая термодинамика. Техническая термодинамика - рассматривает процессы взаимного превращения теплоты и работы. Она устанавливает связь между тепловыми, механическими и химическими процессами, которые совершаются в тепловых и холодильных машинах, изучает процессы, происходящие в газах и парах, а также свойства этих тел при различных физических условиях.
Теоретическую основу термодинамики составляют три опытных положения.
Первый закон (начало) термодинамики устанавливает количественные соотношения между теплотой и работой при их взаимном превращении (частный случай общего закона сохранения и превращения энергии).
Второй закон (начало) термодинамики характеризует условия и направление протекания естественных процессов в макросистемах, устанавливает условия непрерывного преобразования теплоты в работу и пути эффективного процесса преобразования.
Третий закон термодинамики (тепловая теорема Нернста) определяет свойства тел при температурах, близких к абсолютному нулю.
Термодинамика использует такие методы исследования:
|
|
|
- метод круговых процессов;
- метод термодинамических функций и геометрических построений Гиббса;
- метод графического анализа.
Термодинамические методы анализа имеют особенности:
- не используются какие-либо гипотезы или теории о строении вещества;
- термодинамическая система, которая изучается или анализируется, противопоставляется всем другим телам или системам - окружающей среде.
Такой подход к анализу основных вопросов составляет суть феноменологической термодинамики.
Но феноменологическая термодинамика не дает ответа на вопрос о молекулярной суть тепловых процессов. Этот вопрос решается статистической термодинамикой (молекулярно-кинетической теорией теплоты).
В современных условиях феноменологическая и статистическая термодинамики дополняют друг друга, что позволяет более плодотворно изучать явления, связанные с различными формами преобразования энергии.
3. Роль термодинамики при изучении специальных дисциплин
Классическая термодинамика является мощным средством исследования рабочих процессов. Для решения важнейших задач современной теплотехники, для исследования новых тепловых процессов и рабочих тел в 50-х годах XX столетия были разработаны термодинамические методы исследования необратимых процессов.
В процессе научно-технической революции непрерывно выдвигаются все новые и новые проблемы, решение которых имеет первостепенное значение для науки и техники. К числу таких проблем поправу могут быть отнесены многие проблемы энергетики, связанные с поиском и развитием новых источников и видов энергии для промышленного использования, с ее экономным расходованием и многими другими.
Основные понятия о термодинамических характеристиках (плотность, температура, теплоемкость и др. ) рабочих тел (вода, пар, воздух и др. ) полученные при изучении курса термодинамики необходимы для освоения таких дисциплин: тепломассообмен, отопление, теплоснабжение, теплогенерирующие установки, вентиляция и кондиционирование воздуха и др. Умение пользоваться справочной информацией и специальными средствами (id диаграммой) для определения параметров воздуха, необходимо для грамотного и правильного проектирования систем вентиляции и кондиционирования воздуха, а так же для экономически целесообразного подбора оборудования.
|
|
|
Так же для научно-исследовательской работы, которая предстоит Вам в магистратуре, а кому то и в аспирантуре, термодинамика не только не теряет, но, наоборот, приобретают все большее и большее значение.
Так, например, важное место в настоящее время занимают исследования и разработки новых термодинамических циклов различных комбинированных тепловых насосов.
Очень важные и большие задачи стоят в области высокотемпературной и низкотемпературной термодинамики, что приводит к необходимости глубокого изучения термодинамических свойств новых рабочих тел в условиях высоких и низких температур. Изучение этой темы необходимо для проектирования систем кондиционирования воздуха.
Нельзя также забывать о необходимости все более широкого использования в народном хозяйстве энергии солнца, ветра, морских приливов и отливов, геотермальных установок, установок опреснения солевых вод. Все это требует создания мощных энергетических установок, в которых вопросы термодинамики будут играть не только важную, но и основную роль.
Все вышеизложенное свидетельствует о том, что знание основных законов и положений термодинамики необходимо для специалистов теплотехнического направления. Термодинамика составляет теоретическую основу многих специальных дисциплин, включенных в учебный план нашего высшего учебного заведения.
Контрольные вопросы
1. Определение технической термодинамики.
2. Исторические предпосылки возникновения термодинамики как отдельной науки.
3. Формулировка основных законов термодинамики.
4. Роль термодинамики при изучении специальных дисциплин
|
|
|
