Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Техні́чна термодина́міка (англ. engineering thermodynamics) — розділ термодинаміки, що займається застосуванням законів термодинаміки у теплотехніці. Основним об'єктом розгляду технічної термодинаміки є закономірності взаємного перетворення теплоти і роботи. Вона встановлює взаємозв'язок між тепловими, механічними і хімічними процесами, що мають місце в теплових машинах (теплових двигунах, теплових насосах, холодильних машинах) та дає оцінку ефективності термодинамічних циклів їх роботи, вивчає процеси, що відбуваються в газах та парі, а також теплотехнічні властивості цих тіл за різних фізичних умов, розглядає питання теплообміну та прямого перетворення теплоти в електричну енергію.
Основні завдання, закони та методи
Термодинаміка, у першу чергу як технічна наука, почала розвиватись з 1820-х років завдяки науковим працям Саді Карно та Вільяма Ранкіна, але не зважаючи на свою відносну «молодість», займає одне з центральних місць серед фізичних та технічних дисциплін базової інженерної освіти.
В теоретичній частині технічна термодинаміка є спільним розділом науки про енергію, а у прикладній частині є теоретичним фундаментом усієї теплотехніки, що вивчає процеси, які відбуваються в теплових машинах.
Головне її завдання — обґрунтування теорії теплових двигунів, енергетичних установок та теплотехнічного обладнання.
У термодинаміці використовується феноменологічний метод дослідження, при якому не вводяться жодні припущення щодо молекулярної будови досліджуваних тіл. Тобто, вона виходить із загальних законів, що встановлені експериментально.
Технічна термодинаміка ґрунтується на трьох основних законах (началах): першому, що являє собою застосування до теплових систем закону перетворення та збереження енергії, другому, який характеризує напрямок перебігу у природі процесів та явищ, і третьому, який стверджує, що абсолютний нуль температури недосяжний.
У технічній термодинаміці використовуються два методи дослідження: метод замкнених кругових процесів (термодинамічних циклів) і метод термодинамічних функцій та геометричних побудов (геометрична термодинаміка). Останній метод був розроблений і викладений в класичних працях Гіббса і набув поширення останнім часом.
Технічна термодинаміка, застосовуючи основні закони до прямих і зворотних процесів взаємного перетворення теплоти і механічної роботи, дає можливість розробляти теорію теплових машин, досліджувати процеси, що відбуваються в них та дозволяє робити оцінку їх економічної ефективності.
Основні поняття та об'єкти вивчення
Базові поняття
Тепловий рух — безладний (хаотичний) рух мікрочастинок (молекул, атомів тощо), з яких складаються всі тіла.
Передача енергії в результаті обміну хаотичним, ненаправленим рухом мікрочастинок називається теплообміном, а кількість переданої при цьому енергії — кількістю теплоти, теплотою процесу або просто теплотою.
Вивчаючи поведінку речовин (об'єктів), що беруть участь у процесах з обміном енергією, термодинаміка виділяє їх із сукупності навколишніх тіл. Звідси випливає таке важливе поняття як термодинамічна система.
Термодинамічна система
Термодинамічною системою називається сукупність макроскопічних тіл, що обмінюються енергією між собою і навколишнім середовищем (всіма іншими тілами, які не ввійшли в термодинамічну систему). Вона має межі, що відокремлюють її від навколишнього середовища, і можуть бути як реальними (газ у резервуарі, межа розділу фаз), так і чисто умовними у вигляді контрольної поверхні.
Головним тілом термодинамічної системи з точки зору технічної термодинаміки є робоче тіло — газоподібна або рідка речовина, за допомогою якої відбувається перетворення будь-якої енергії для одержання механічної роботи (у двигунах), холоду (в холодильних машинах), теплоти (у теплових насосах).
Термодинамічна система, між будь-якими частинами якої відсутні поверхні розділу, називається гомогенною. Якщо ж вона складається з окремих частин, розмежованих поверхнями розділу, — гетерогенною, однорідна частина якої називається фазою.
Термодинамічна система може енергетично взаємодіяти з навколишнім середовищем і з іншими системами, а також обмінюватися з ними речовиною.
Залежно від умов взаємодії з іншими системами розрізняють:
- відкриту систему — за наявності обміну енергією та речовиною з іншими системами;
- закриту систему — за відсутності обміну речовиною з іншими системами;
- адіабатну систему — за відсутності обміну теплотою з іншими системами;
- ізольовану систему — за відсутності обміну енергією й речовиною з іншими системами.
Розрізняють рівноважний і нерівноважний стани термодинамічної системи. Рівноважним термодинамічним станом називають стан тіла чи системи, що не змінюється в часі без зовнішнього енергетичного впливу. При цьому зникають усякі макроскопічні зміни (дифузія, теплообмін, хімічні реакції), хоча тепловий (мікроскопічний) рух молекул не припиняється. Стан термодинамічної системи, при якому у всіх її частинах температура однакова, називають ізотермічним рівноважним станом.
Ізольована термодинамічна система незалежно від свого початкового стану із часом завжди приходить у стан рівноваги, з якого ніколи не може вийти самовільно.
Стан термодинамічної системи, при якому значення параметрів у всіх її частинах лишаються незмінними в часі називається стаціонарним. Якщо значення параметрів змінюються в часі, то стан термодинамічної системи називається нестаціонарним.
Параметри стану
Параметри стану термодинамічної системи — фізичні величини, що однозначно характеризують стан термодинамічної системи і не залежні від її передісторії.
Основні термодинамічні параметри стану системи, що характеризують макроскопічний стан тіл: тиск (p), температура T і питомий об'єм (v).
Будь-яка зміна параметрів стану є причиною (умовою) виникнення (наявності) термодинамічних процесів.
Термодинамічні процеси
Термодинамічний процес — послідовна зміна станів робочого тіла, що відбувається в результаті його енергетичної взаємодії з навколишнім середовищем, яка характеризується обов'язковою зміною хоча б одного термодинамічного параметра стану.
Розрізняють рівноважний процес, якщо в системі в кожен момент часу встигає установитися рівноважний стан (тобто процес, який протікає вкрай повільно), і процес нерівноважний, якщо він протікає з кінцевою швидкістю і викликає появу кінцевих різниць тисків, температур, густини і т. д.
Основні термодинамічні параметри стану p, v і T системи, що перебуває в термодинамічній рівновазі, пов'язані між собою, причому число незалежних параметрів стану системи завжди дорівнює числу її термодинамічних ступенів свободи:
Якщо зовнішні умови, у яких перебуває термодинамічна система змінюються, то змінюється і стан системи.
Таким чином, рівноважний стан термодинамічної системи повністю визначається значеннями двох незалежних змінних. У цьому випадку термодинамічна система називається простою системою або простим тілом. До простих тіл відносяться гази, пари, рідини і багато твердих тіл, що перебувають у термодинамічній рівновазі. При вивченні термодинамічних процесів основний інтерес для технічної термодинаміки викликають так звані замкнуті (колові) процеси, у яких система після проходження низки послідовних станів, повертається до початкового. Такий процес називають термодинамічним циклом.
Див. також
Джерела
- Константінов С. М. Технічна термодинаміка [Текст]: навч. посібник / С. М. Константінов. — К. : Політехніка, 2001. — 368 с.
- Буляндра О. Ф. Технічна термодинаміка: Підручн. для студентів енерг. спец. вищ. навч. закладів. — К.: Техніка, 2001. — 320 с.
- Чепурний М. М. Основи технічної термодинаміки [Текст]: підруч. для вузів / М. М. Чепурний, С. Й. Ткаченко. — Вінниця: Поділля-2000, 2004. — 351 с. —
- Теплотехніка: підручник для студ. вищих техн. навч. закл. / Б. Х. Драганов [та ін.]; За ред. Б. Х. Драганова. — К. : ІНКОС, 2005. — 504 с. —
- Швець І. Т., Кіраковський Н. Ф. Загальна теплотехніка та теплові двигуни. — К.: Вища школа, 1977. — 269 с.
- Маляренко В. А. Енергетичні установки. Загальний курс. Навчальний посібник. — 2-е видання Х: САГА, 2008. — 320 с. —
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Tehni chna termodina mika angl engineering thermodynamics rozdil termodinamiki sho zajmayetsya zastosuvannyam zakoniv termodinamiki u teplotehnici Osnovnim ob yektom rozglyadu tehnichnoyi termodinamiki ye zakonomirnosti vzayemnogo peretvorennya teploti i roboti Vona vstanovlyuye vzayemozv yazok mizh teplovimi mehanichnimi i himichnimi procesami sho mayut misce v teplovih mashinah teplovih dvigunah teplovih nasosah holodilnih mashinah ta daye ocinku efektivnosti termodinamichnih cikliv yih roboti vivchaye procesi sho vidbuvayutsya v gazah ta pari a takozh teplotehnichni vlastivosti cih til za riznih fizichnih umov rozglyadaye pitannya teploobminu ta pryamogo peretvorennya teploti v elektrichnu energiyu Osnovni zavdannya zakoni ta metodiTermodinamika u pershu chergu yak tehnichna nauka pochala rozvivatis z 1820 h rokiv zavdyaki naukovim pracyam Sadi Karno ta Vilyama Rankina ale ne zvazhayuchi na svoyu vidnosnu molodist zajmaye odne z centralnih misc sered fizichnih ta tehnichnih disciplin bazovoyi inzhenernoyi osviti V teoretichnij chastini tehnichna termodinamika ye spilnim rozdilom nauki pro energiyu a u prikladnij chastini ye teoretichnim fundamentom usiyeyi teplotehniki sho vivchaye procesi yaki vidbuvayutsya v teplovih mashinah Golovne yiyi zavdannya obgruntuvannya teoriyi teplovih dviguniv energetichnih ustanovok ta teplotehnichnogo obladnannya U termodinamici vikoristovuyetsya fenomenologichnij metod doslidzhennya pri yakomu ne vvodyatsya zhodni pripushennya shodo molekulyarnoyi budovi doslidzhuvanih til Tobto vona vihodit iz zagalnih zakoniv sho vstanovleni eksperimentalno Tehnichna termodinamika gruntuyetsya na troh osnovnih zakonah nachalah pershomu sho yavlyaye soboyu zastosuvannya do teplovih sistem zakonu peretvorennya ta zberezhennya energiyi drugomu yakij harakterizuye napryamok perebigu u prirodi procesiv ta yavish i tretomu yakij stverdzhuye sho absolyutnij nul temperaturi nedosyazhnij U tehnichnij termodinamici vikoristovuyutsya dva metodi doslidzhennya metod zamknenih krugovih procesiv termodinamichnih cikliv i metod termodinamichnih funkcij ta geometrichnih pobudov geometrichna termodinamika Ostannij metod buv rozroblenij i vikladenij v klasichnih pracyah Gibbsa i nabuv poshirennya ostannim chasom Tehnichna termodinamika zastosovuyuchi osnovni zakoni do pryamih i zvorotnih procesiv vzayemnogo peretvorennya teploti i mehanichnoyi roboti daye mozhlivist rozroblyati teoriyu teplovih mashin doslidzhuvati procesi sho vidbuvayutsya v nih ta dozvolyaye robiti ocinku yih ekonomichnoyi efektivnosti Osnovni ponyattya ta ob yekti vivchennyaBazovi ponyattya Teplovij ruh bezladnij haotichnij ruh mikrochastinok molekul atomiv tosho z yakih skladayutsya vsi tila Peredacha energiyi v rezultati obminu haotichnim nenapravlenim ruhom mikrochastinok nazivayetsya teploobminom a kilkist peredanoyi pri comu energiyi kilkistyu teploti teplotoyu procesu abo prosto teplotoyu Vivchayuchi povedinku rechovin ob yektiv sho berut uchast u procesah z obminom energiyeyu termodinamika vidilyaye yih iz sukupnosti navkolishnih til Zvidsi viplivaye take vazhlive ponyattya yak termodinamichna sistema Termodinamichna sistema Dokladnishe Termodinamichna sistema Termodinamichnoyu sistemoyu nazivayetsya sukupnist makroskopichnih til sho obminyuyutsya energiyeyu mizh soboyu i navkolishnim seredovishem vsima inshimi tilami yaki ne vvijshli v termodinamichnu sistemu Vona maye mezhi sho vidokremlyuyut yiyi vid navkolishnogo seredovisha i mozhut buti yak realnimi gaz u rezervuari mezha rozdilu faz tak i chisto umovnimi u viglyadi kontrolnoyi poverhni Golovnim tilom termodinamichnoyi sistemi z tochki zoru tehnichnoyi termodinamiki ye roboche tilo gazopodibna abo ridka rechovina za dopomogoyu yakoyi vidbuvayetsya peretvorennya bud yakoyi energiyi dlya oderzhannya mehanichnoyi roboti u dvigunah holodu v holodilnih mashinah teploti u teplovih nasosah Termodinamichna sistema mizh bud yakimi chastinami yakoyi vidsutni poverhni rozdilu nazivayetsya gomogennoyu Yaksho zh vona skladayetsya z okremih chastin rozmezhovanih poverhnyami rozdilu geterogennoyu odnoridna chastina yakoyi nazivayetsya fazoyu Termodinamichna sistema mozhe energetichno vzayemodiyati z navkolishnim seredovishem i z inshimi sistemami a takozh obminyuvatisya z nimi rechovinoyu Zalezhno vid umov vzayemodiyi z inshimi sistemami rozriznyayut vidkritu sistemu za nayavnosti obminu energiyeyu ta rechovinoyu z inshimi sistemami zakritu sistemu za vidsutnosti obminu rechovinoyu z inshimi sistemami adiabatnu sistemu za vidsutnosti obminu teplotoyu z inshimi sistemami izolovanu sistemu za vidsutnosti obminu energiyeyu j rechovinoyu z inshimi sistemami Rozriznyayut rivnovazhnij i nerivnovazhnij stani termodinamichnoyi sistemi Rivnovazhnim termodinamichnim stanom nazivayut stan tila chi sistemi sho ne zminyuyetsya v chasi bez zovnishnogo energetichnogo vplivu Pri comu znikayut usyaki makroskopichni zmini difuziya teploobmin himichni reakciyi hocha teplovij mikroskopichnij ruh molekul ne pripinyayetsya Stan termodinamichnoyi sistemi pri yakomu u vsih yiyi chastinah temperatura odnakova nazivayut izotermichnim rivnovazhnim stanom Izolovana termodinamichna sistema nezalezhno vid svogo pochatkovogo stanu iz chasom zavzhdi prihodit u stan rivnovagi z yakogo nikoli ne mozhe vijti samovilno Stan termodinamichnoyi sistemi pri yakomu znachennya parametriv u vsih yiyi chastinah lishayutsya nezminnimi v chasi nazivayetsya stacionarnim Yaksho znachennya parametriv zminyuyutsya v chasi to stan termodinamichnoyi sistemi nazivayetsya nestacionarnim Parametri stanu Parametri stanu termodinamichnoyi sistemi fizichni velichini sho odnoznachno harakterizuyut stan termodinamichnoyi sistemi i ne zalezhni vid yiyi peredistoriyi Osnovni termodinamichni parametri stanu sistemi sho harakterizuyut makroskopichnij stan til tisk p temperatura T i pitomij ob yem v Bud yaka zmina parametriv stanu ye prichinoyu umovoyu viniknennya nayavnosti termodinamichnih procesiv Termodinamichni procesi Dokladnishe Termodinamichni procesi Termodinamichnij proces poslidovna zmina staniv robochogo tila sho vidbuvayetsya v rezultati jogo energetichnoyi vzayemodiyi z navkolishnim seredovishem yaka harakterizuyetsya obov yazkovoyu zminoyu hocha b odnogo termodinamichnogo parametra stanu Rozriznyayut rivnovazhnij proces yaksho v sistemi v kozhen moment chasu vstigaye ustanovitisya rivnovazhnij stan tobto proces yakij protikaye vkraj povilno i proces nerivnovazhnij yaksho vin protikaye z kincevoyu shvidkistyu i viklikaye poyavu kincevih riznic tiskiv temperatur gustini i t d Osnovni termodinamichni parametri stanu p v i T sistemi sho perebuvaye v termodinamichnij rivnovazi pov yazani mizh soboyu prichomu chislo nezalezhnih parametriv stanu sistemi zavzhdi dorivnyuye chislu yiyi termodinamichnih stupeniv svobodi p f1 v T v f2 p T T f3 p v displaystyle p f 1 v T v f 2 p T T f 3 p v Yaksho zovnishni umovi u yakih perebuvaye termodinamichna sistema zminyuyutsya to zminyuyetsya i stan sistemi Takim chinom rivnovazhnij stan termodinamichnoyi sistemi povnistyu viznachayetsya znachennyami dvoh nezalezhnih zminnih U comu vipadku termodinamichna sistema nazivayetsya prostoyu sistemoyu abo prostim tilom Do prostih til vidnosyatsya gazi pari ridini i bagato tverdih til sho perebuvayut u termodinamichnij rivnovazi Pri vivchenni termodinamichnih procesiv osnovnij interes dlya tehnichnoyi termodinamiki viklikayut tak zvani zamknuti kolovi procesi u yakih sistema pislya prohodzhennya nizki poslidovnih staniv povertayetsya do pochatkovogo Takij proces nazivayut termodinamichnim ciklom Div takozhTermodinamika Himichna termodinamikaDzherelaKonstantinov S M Tehnichna termodinamika Tekst navch posibnik S M Konstantinov K Politehnika 2001 368 s Bulyandra O F Tehnichna termodinamika Pidruchn dlya studentiv energ spec vish navch zakladiv K Tehnika 2001 320 s ISBN 966 575 103 4 Chepurnij M M Osnovi tehnichnoyi termodinamiki Tekst pidruch dlya vuziv M M Chepurnij S J Tkachenko Vinnicya Podillya 2000 2004 351 s ISBN 966 8213 10 6 Teplotehnika pidruchnik dlya stud vishih tehn navch zakl B H Draganov ta in Za red B H Draganova K INKOS 2005 504 s ISBN 966 8347 23 4 Shvec I T Kirakovskij N F Zagalna teplotehnika ta teplovi dviguni K Visha shkola 1977 269 s Malyarenko V A Energetichni ustanovki Zagalnij kurs Navchalnij posibnik 2 e vidannya H SAGA 2008 320 s ISBN 978 966 2918 54 0