ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Необратимость переноса тепла из "Термодинамика равновесных процессов " Обсуждая природу теплопереноса, нам удалось найти качественное определение понятия о разности температур, имеющего отношение к тепловым взаимодействиям. В то же время мы отметили, что строгое количественное определение температуры будет дано в гл. И, в которой рассматривается так называемая термодинамическая температура. [c.81] Поскольку чисто тепловое взаимодействие было определено в связи с процессами перехода между устойчивыми состояниями (состояниями устойчивого равновесия), мы далее отметили, что между двумя неравновесными системами, приведенными в тепловой контакт, также происходит тепловое взаимодействие. В конце главы мы кратко обсудили необратимость теплопереноса в том случае, когда он происходит между системами, температуры которых различаются на конечную величину. [c.81] РАБОТА, ТЕПЛО И ЭНЕРГИЯ. [c.82] По традиции уравнения (7.36), (7.4) и (7.5) мы называем уравнениями сохранения энергии для системы. Отметим, что при выводе этих уравнений мы не учитывали общих принципов сохранения энергии. [c.83] Прежде чем перейти к циклическим процессам, в которых одновременно совершается работа и передается тепло, следует обратить особое внимание на то обстоятельство, что в классической термодинамике равновесных процессов имеет смысл рассматривать только такие циклические процессы, которые начинаются из устойчивого состояния. [c.83] Таким образом, когда в термодинамике равновесных процессов говорится о циклическом процессе, имеется в виду процесс, который начинается и заканчивается в одном и том же устойчивом состоянии системы. В большинстве руководств по термодинамике невозможно найти указание на это важное обстоятельство. [c.84] Подобно уравнениям сохранения энергии из предыдущего раздела, эти уравнения часто рассматриваются как способы выражения так называемого принципа сохранения энергии. Однако, как мы видели, приведенные уравнения логически следуют из способа определения работы, энергии и тепла с помощью закона устойчивого равновесия и не связаны с постулированием такого общего принципа . [c.84] Уравнения (7.6а) и (7.66) часто рассматриваются как формулировки первого закона термодинамики. В то же время полученное в разд. 4.2 следствие 1 закона устойчивого равновесия также рассматривалось как формулировка первого закона, но только нециклическая. Поэтому уравнения (7.6а) и (7.66) можно назвать циклической формулировкой этого закона , хотя сам по себе он не может называться законом, так как возникает в результате логического развития представлений, основанных на фундаментальном законе устойчивого равновесия. [c.84] Интересно отметить, что нециклическая формулировка была получена в разд. 4.2 даже до того, как были определены энергия и тепло. Следовательно, мы имеем основания не только лишить это утверждение права называться законом, но и высказать нечто большее если уж говорить о законе, то скорее следует говорить о первом законе механики, но не о первом законе термодинамики, так как этот закон был бы справедлив лишь в гипотетическом мире, в котором существует только работа. [c.85] Как уже отмечалось, в качестве беспотоковых мы рассматриваем такие процессы, в которых никакая жидкость не пересекает границы устройства или установки, являющихся нашей системой. Это позволяет производить энергетические расчеты применительно к данному устройству или установке на основе уравнений сохранения энергии (7.4) или (7.5) (в зависимости от обстоятельств). Эта процедура была названа анализом системы в отличие от контрольно-объемного анализа, применяемого в следующем разделе к процессам, протекающим при наличии потоков. Некоторые простые применения этих уравнений иллюстрируются на рис. 7.2. Во всех случаях рассматриваются простые системы (в смысле определения, данного в разд. 5.3), а именно макроскопически однородные и изотропные системы, внутреннее состояние которых пренебрежимо мало изменяется под действием поверхностного натяжения, внешних силовых полей и деформации твердых фаз. [c.85] Заметим, что, хотя в случае в на рис. 7.2 после открывания клапана возникает поток вещества, система, к которой применяется уравнение сохранения энергии, определена как совокупность жидкостей в обоих сосудах А и В и в клапане, так что поток жидкости через границу этой системы отсутствует. Этот пример подчеркивает, что в качестве первой стадии энергетического анализа беспотоковых систем всегда необходимо тщательно установить границу рассматриваемой системы. [c.85] Когда мы перейдем к анализу потоковых процессов, появится необходимость указывать границу контрольного объема. С этой целью мы будем использовать штрихпунктирпую линию (граница системы изображается штриховой линией). [c.85] В инженерной практике число процессов, в которых возникает поток вещества через границу некоторой установки (но не системы ), значительно превышает число беспотоковых процессов. По определению системы (разд. 1.1), границы ее непроницаемы для вещества, так что мы не можем применять результаты, полученные для беспотоковых процессов (например, анализ системы), к процессам, сопровождаемым потоками вещества. Такие процессы являются предметом контрольно-объемного анализа, в котором сначала определяется контрольная поверхность, окружающая данное устройство или установку. Как энергия, так и вещество могут входить в контрольный объем (или покидать его), ограниченный контрольной поверхностью, и прежде чем мы познакомимся со способами проведения контрольно-объемного анализа, преобразуем задачу о контрольном объеме в задачу системную. С этой целью рассмотрим определенный интервал времени и зададим границу системы, внутри которой содержится как контрольный объем (включающий данное устройство или установку), так и количество жидкости у входа в контрольный объем, поступающее в него в течение указанного интервала времени. В конце этого интервала граница системы должна переместиться таким образом, чтобы внутри ее содержалось исходное количество вещества. Однако теперь внутри этой границы помимо контрольного объема будет содержаться вещество, покинувшее этот объем в течение заданного промежутка времени. [c.87] Эту процедуру легче всего освоить на конкретных примерах, рассматриваемых ниже. В результате применения такой процедуры будут получены уравнения, которые следует назвать уравнениями сохранения энергии для контрольного объема в отличие от уравнений сохранения энергии для системы, являющихся отправной точкой анализа. После этого при рассмотрении процессов, сопровождаемых потоками вещества, мы можем уже не возвращаться к анализу системы, непосредственно пользуясь уравнениями сохранения энергии для контрольного объема. Таким образом, контрольно-объемный анализ изначально применим к потоковым задачам. [c.87] Для упрощения анализа процессов во всех описанных ниже случаях мы примем, что поступающая в рассматриваемый контрольный объем и выходящая из него жидкость находится в устойчивых состояниях , не изменяющихся в течение промежутка вре-мени, к которому относится проводимый анализ. [c.87] Очевидно, энтальпия измеряется в тех же единицах, что и энергия, т. е. в джоулях (Н-м). На данном этапе нецелесообразно пытаться установить более глубокий физический смысл энтальпии, считая ее просто величиной, определенной последним равенством. [c.88] С точки зрения анализа потоковые процессы удобно разделить на три разные группы а) полупотоковые процессы, б) процессы со стационарными потоками и в) процессы с потоками обш,его характера. Их удобно рассматривать в той же последовательности, хотя в инженерной практике процессы второго типа встречаются гораздо чаще остальных. [c.88] Термин полупотоковый будет применяться в задачах, в которых, например, происходит заполнение газового сосуда путем его присоединения к большому объему жидкости при постоянном давлении (кавычки в слове газовый связаны с тем, что в сосуде равным образом может содержаться также двухфазная смесь жидкости и пара, например диоксида углерода или оксида азота). Этот пример удобен тем, что на нем проще всего можно установить, что энергия, которую приносит в сосуд поступающая в него жидкость, есть ее энтальпия Н, но не внутренняя энергия и (при этом считается, что кинетическая энергия пренебрежимо мала и изменение потенциальной энергии жидкости также можно не учитывать). Это можно показать следующим образом. [c.88] Таким образом, уравнение (7.10) является уравнением сохранения энергии для контрольного объема. Это уравнение позволило нам установить, что при втекании в контрольный объем жидкости при постоянном давлении энергия, поступающая в контрольный объем (в данном случае в сосуд) вместе с жидкостью, равна энтальпии Hi жидкости, но не внутренней энергии Uj. С учетом этого важного факта уравнение сохранения энергии для контрольных объемов в других процессах можно записать столь же просто, как это делается с уравнениями сохранения энергии для систем. После этого мы продолжим рассмотрение остальных типов потоковых процессов, перечисленных в разд. 7.9. [c.91] Некоторые конкретные применения уравнения (7.16) к простым процессам, встречающимся в технике, показаны на рис, 7.5. [c.93] Вернуться к основной статье