ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Понятия о теплоте, работе и их взаимном превращении из "Техническая термодинамика и теплопередача " Теплота процесса и работа процесса являются наиболее важными понятиями термодинамики и очень близкими по своей физической природе. Теплота и работа представляют собой определенные формы передачи з е/ г и — тепловую и нетепловую. Из различных нетепловых форм передачи энергии (электрической, магнитной, химической, механической и др.) наибольшее значение в технической термодинамике имеет механическая деформационная работа, т. е. работа, связанная с изменением объема рабочего тела. [c.18] При выражении F и Fx в ньютонах (Н), X в м L выразится в джоулях (Дж). [c.18] Работа представляет собой эффекг действия силы при ее перемещении, зависит от условий протекания процесса и не зависит от состояния тела, в связи с чем бесконечно малая, иначе элементарная, работа не является полным дис ференциалом и для нее применяют символ бесконечно малой величины б (а не d — дифференциал). [c.18] Движущей силой передачи энергии любой формы является разность соответствующих потенциалов. Потенциалом называют физическую величину, неодинаковость значений которой в рабочем теле и окружающей среде приводит к возникновению потока энергии. Каждой форме передачи энергии соответствует свой потенциал. Энергия самопроизвольно переходит только из области большего потенциала в область меньшего потенциала. [c.19] Необходимым условием передачи энергии в форме работы изменения объема является разность давлений, следовательно, потенциалом деформационной работы является давление р. Значит, работа изменения объема представляет собой энергию, передаваемую одним телом другому при их взаимодействии, зависящую от давления этих тел и не связанную с переносом вещества от одного тела к другому. [c.19] Передача энергии в тепловой форме и передача энергии в механической форме, т. е. теплота и работа, являются способами энергетического воздействия окружающей среды на тело, поведение которого изучается. Под влиянием энергетического воздействия происходит изменение состояния рабочего тела, т. е. совершается термодинамический процесс. Характер процесса и особенности его протекания зависят от размера и направления теплового и механического воздействий. [c.19] Можно говорить и об обратной зависимости — количества теплоты и работы процесса от условий протекания процесса. Газ может перейти из начального в конечное состояние различными путями совершая различные процессы, и каждому из них будет соответст вовать свое значение теплоты и работы. Если тело находится в со стоянии равновесия, значит энергетическое воздействие отсутствует Только при совершении термодинамического процесса можно гово рить о теплоте и работе. Следовательно, нельзя говорить о теплоте содержащейся в этих телах, так же как нельзя говорить о содер жании в них работы. [c.19] В соответствии с этим величина 8Q, так же как и 8L, не является приращением или полным дифференциалом 6Q представляет собой бесконечно малую величину, называемую элементарным количеством теплоты или элементарной теплотой процесса. [c.19] Тела внешней среды, отдающие или воспринимающие теплоту, называют, как уже было сказано, источниками теплоты, а отдающие или воспринимающие механическую работу — источниками работы. [c.20] Преобразование энергии не может происходить непосредственно между источниками теплоты и работы без участия материального субстрата — преобразователя энергии. В области явлений, изучаемых р технической термодинамике, эту роль выполняет упругое вещество — рабочее тело. От одних тел окружающей среды оно воспринимает теплоту, а другим — отдает механическую работу, или, как принято говорить, совершает над ними работу. Оно является как бы посредником между источником теплоты и источником работы. [c.20] Теплота, по существу, представляет собой передачу импульсов при соударении молекул или квантов энергии (фотонов) при лучистом теплообмене. При подводе энергии к рабочему телу, например теплоты, собственная энергия тела должна естественным образом увеличиваться. Но нетрудно представить себе, что энергия, воспринимаемая в форме теплоты, может тут же отдаваться в форме механической работы. Достаточно вообразить, что границы рабочего тела, бомбардируемые молекулами, перемещаются, например поршень в цилиндре. И если собственная энергия тела ири этом не меняется, значит вся полученная теплота отдана в форме работы. [c.20] Так теплота превращается в работу. Аналогично протекает и обратный процесс — превращение работы в теплоту посредством рабо- -чего тела. В этом случае энергия, полученная рабочим телом в форме механической работы, отдается в форме теплоты. [c.20] В свете изложенного должно быть ясно, что равенство Q = L, выражающее закон эквивалентности теплоты и работы, не следует понимать в том смысле, что в термодинамическом процессе всегда вся сообщенная рабочему телу теплота Q переходит в работу L и что этот переход происходит непосредственно без промежуточных превращений. [c.20] Равенство теплоты и работы в термодинамических процессах следует рассматривать только как частный случай. В общем же случае процессы взаимного превращения теплоты и работы сопровождаются такими изменениями состояния рабочего тела, при которых его энергия меняется. Если энергия тела возрастает, значит часть сообщенной ему теплоты (или работы) затрачивается на увеличение энергии тела. [c.20] В соответствии с этим закон сохранения и превращения энергии в применении к процессам, изучаемым в технической термодинамике, имеет следующую формулировку разность между полученной извне теплотой и отданной внешним телам работой равна изменению полной энергии рабочего тела (или термодинамической системы). [c.21] Энергия рабочего тела уменьшается, если система совершает работу (затрачивая на это свою энергию), или увеличивается, если работу совершает окружающая среда над системой (энергия к телу подводится). [c.21] При подводе теплоты энергия системы увеличивается, при отводе уменьшается. [c.21] Удельная потенциальная энергия У] П внешних силовых полей, рассматриваемая в технической термодинамике, состоит в общем случае из I) удельной потенциальной энергии Пг в поле сил гравитации, равной произведению ускорения свободного падения g на высоту h расположения центра тяжести рассматриваемого рабочего тела от условного уровня отсчета, т. е. rir = g/i 2) удельной потенциальной энергии Пэ рабочего тела в электромагнитном поле и 3) удельной потенциальной энергии давления Пд, равной произведению давления на удельный объем И = ри. [c.21] Вернуться к основной статье