Определения термодинамики работа и тепло

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ РАБОТА И ТЕПЛО [c.193]

Анализ рабочих циклов тепловых двигателей и теплосиловых установок, т. е. вычисление производимой полезной внешней работы и определение эффективности превращения тепла в работу в установке, составляет главную задачу технической термодинамики. [c.344]

Первый закон термодинамики рассматривает взаимопревращения тепла и механической работы. По этому закону тепло превращается в механическую работу или, наоборот, механическая работа в тепло в строго эквивалентных количествах. Это означает, что из данного количества тепла при его полном превращении в работу получается определенное количество работы. Точно так же из данного количества работы прн ее полном превращении в тепло получается определенное количество тепла. [c.24]

Теплота является одним из наиболее важных понятий термодинамики. По своему существу понятие теплоты близко к понятию работы. И то и другое, и теплота и работа, являются формами передачи энергии. Поэтому не имеет смысла говорить, что тело обладает каким-то запасом тепла или работы. Можно лишь констатировать, что телу сообщена (или от тела отнята) определенная теплота или определенная работа. [c.25]

По сравнению с другими терминами, встречающимися в термодинамике, термин тепло гораздо чаще употребляется в неверном смысле не только не слишком опытными людьми, но и многими учеными и инженерами. Довольно часто можно встретить такие выражения, как тепло, содержащееся в море , тепло, заключенное в нагретом теле и т. д., в то время как на самом деле речь идет не о количестве тепла, содержащемся в теле, а о количестве энергии. Как уже отмечалось в разд. 1.15.1, тепло есть способ передачи энергии, реализующийся лишь при наличии теплового взаимодействия. Нам потребуется дать строгое определение этому частному способу взаимодействия между системами, что и будет сделано в гл. 6, после того, как будут определены работа и затем энергия. До тех пор мы будем обращаться с термином тепло без его строгого определения, что достаточно для наших ближайших нужд. В связи с этим можно отметить, что если ртутный термометр привести в контакт с телом, ощущаемым нами как более теплое, то столбик термометра поднимется выше, чем при установлении контакта с более холодным телом. Высота ртутного столбика служит некоторым произвольным индикатором того, что мы называем температурой тела, причем для определенной таким способом температуры мы будем использовать обозначение 9. Позднее нам потребуется более точное и более научное определение этой характеристики тела. Такая потребность будет удовлетворена в гл. 11 путем введения термодинамической температуры, обозначаемой буквой Т. Тем не менее на каком-то отрезке мы будем пользоваться приведенным выше произвольным понятием о температуре. Следует отметить, что такой прибор, как ртутный термометр, в действительности лишь позволяет нам установить возможное существование разности температур между двумя телами, что будет выражаться в разных высотах ртутного столбика при последовательном приведении термометра в контакт с различными телами. Равенство высот ртутных столбиков говорит о равенстве температур, однако судить об абсолютной температуре тела по высоте столбика невозможно. [c.23]

Термодинамический подход необходим при исследовании весьма обширного класса задач, даже в тех случаях, когда тепловые эффекты считаются незначительными. Вместе с тем следует отметить, что существует большое число механических задач, которые могут быть решены без применения термодинамики даже при наличии теплового нагружения. Например, если заданы уравнения равновесия, граничные условия и определяющие уравнения с температурными слагаемыми, то этого достаточно для определения напряженно-деформированного состояния рассматриваемого тела. Потребность в термодинамике возникает одновременно с введением понятий работы количества тепла, внутренней энергии и т. д., а также при наличии необратимых процессов. [c.29]

Первый закон термодинамики утверждает, что теплота может превращаться в механическую работу, а работа — в теплоту. Это превращение происходит таким образом, что определенному количеству теплоты эквивалентно определенное количество работы, причем количество теплоты, полученное системой от какого-либо источника тепла, равно сумме приращения внутренней энергии этой системы и количества совершенной ею работы. [c.53]

Прежде чем перейти к изложению материала, связанного с теплоемкостями газов, рассмотрим определение весьма важных понятий термодинамики внутренней энергии, тепла и работы. [c.44]

Отметим, что и работа Ж, и тепло Q в термодинамике означают энергию, получаемую (отдаваемую) системой определенным способом, а не сам способ передачи энергии. В то же время, называя и РГ теплотой и работой, часто говорят о превращении тепла в работу и наоборот. [c.259]

В том случае, если конкретно указан определенный процесс или превращение, первый закон позволяет, фигурально говоря, вести бухгалтерский учет выделяемого тепла, выполненной работы и т. п. Однако он ничего не говорит о том, будет ли в действительности идти рассматриваемый процесс. Этот вопрос решается на основе второго закона термодинамики. [c.289]

В технической термодинамике рассматривают частный случай общего закона сохранения и превращения энергии, устанавливающий эквивалентность между теплотой и механической работой. По этому закону теплота может превращаться в механическую работу или, наоборот, работа в теплоту в строго эквивалентных количествах. Это означает, что из данного количества, теплоты в случае ее полного превращения в работу получается строго определенное и всегда одно и то же количество работы, точно так же, как и из данного количества работы при ее полном превращении в тепло получается строго определенное и всегда одно и то же количество теплоты. [c.20]

Идеальным циклом холодильной установки является обратный цикл Карно, который был рассмотрен выше (стр. 63), однако практически эти установки работают по другим циклам. Общим для всех этих циклов является то, что тепло отнимается от охлаждаемых тел при посредстве хладоагента и передается окружающей среде. Согласно второму закону термодинамики, для действия всякой холодильной установки необходима затрата определенного количества внешней энергии. [c.127]

В настоящей главе в качестве введения в изучение термодинамики равновесных процессов мы дадим формальные определения некоторых терминов, с которыми будем встречаться на протяжении всего курса. После этого мы проведем предварительное обсуждение понятий об энергии, работе, тепле и температуре, определения которых будут даны в последующих главах. [c.18]

Ввиду отсутствия более строгого определения температуры до сих пор мы довольствовались произвольной температурой 0, которую можно зарегистрировать, например, с помощью ртутного термометра. Таким способом мы по меньшей мере можем установить, постоянна ли температура. В разд. 1.15.3, 6.5 и 8.9 отмечалось, что строгая количественная мера температуры системы будет определена как некоторая ее характеристика, называемая термодинамической температурой и обозначаемая буквой Г. Прежде чем мы сможем приступить к этой задаче, мы должны изучить поведение обратимых (а следовательно, гипотетических) циклических устройств, обменивающихся теплом с двумя тепловыми резервуарами. Для этого удобно вначале изучить поведение таких устройств, которые обмениваются теплом с одним тепловым резервуаром. Для краткости мы будем при этом говорить о процессах с одним резервуаром. Их изучение не только подготовит почву для введения понятия о термодинамической температуре, но и послужит отправной точкой для обсуждения чрезвычайно важной проблемы термодинамической доступности энергии, касающейся области термодинамики равновесных процессов. Подробно эта проблема будет изучена в последующих главах, в которых внешняя среда будет рассматриваться как аналог одного теплового резервуара, участвующего в работе нашего устройства, производящего или потребляющего работу. [c.129]

В общем случае изменения состояния рабочего тела последнее вступает во взаимодействие с источниками тепловой и механической энергии системы, что определяет характер изменения параметров рабочего тела — давления, объема и температуры. В технической термодинамике изменение запаса энергии в тепловом источнике принято называть количеством подведенного или отведенного тепла, или внешним теплом, участвующим в процессе, а изменение запаса механической энергии в источнике выражать величиной работы при расширении или сжатии рабочего тела или внешней работой. Основные задачи исследования термодинамических процессов состоят из изучения закономерности изменения состояния рабочего тела и определения принципа распределения энергии в рассматриваемом процессе. Содержание исследования термодинамических процессов состоит из следующего [c.45]

Циклы, вообще говоря, могут иметь сложную конфигурацию и состоять из различных процессов. Они могут быть обратимыми, т. е. состоять из обратимых процессов, и необратимыми, т. е. состоять, хотя бы в части цикла, из необратимых процессов. Но в любом из циклов, как показывает повседневный опыт, будет иметь место следующее (рис. 1.10). Рабочее тело получит определенное количество тепла от источника (или источников) тепла с более высокой температурой и совершит работу. Часть полученного тепла рабочее тело отдаст источнику (источникам) тепла с более низкой температурой. Разность между количеством тепла, полученного рабочим телом и отданного им в цикле, преобразуется в полезную работу. Таким образом, все тепло, подведенное в цикле, в работу не преобразуется. Цикл совершается по крайней мере между двумя источниками тепла. Непрерывное превращение теплоты в работу при наличии лишь одного источника тепла любой температуры невозможно. Как видим, непрерывное превращение теплоты в работу посредством циклов связано с неизбежной потерей для производства работы части подводимого тепла. В этом заключается смысл второго закона термодинамики, который формулируется различным образом. Мы приведем две формулировки. [c.46]

Приведенный в настоящей главе материал позволяет заключить, что экспериментальные данные по теплоемкостям широко используют в весьма разнообразных областях науки и техники. Как видно из публикуемого ежегодно Бюллетеня по химической термодинамике [35], издаваемого Международным союзом по чистой и прикладной химии, экспериментальные определения теплоемкостей калориметрическими методами составляют приблизительно половину всех проводимых в мире калориметрических работ. Но несмотря на такое широкое использование экспери.мен-тальных методов, практические потребности в данных по тепло- [c.256]

Теория термоупругости. Напомним, что для определения состояний, через которые проходит идеальный газ, когда он совершает работу, расширяясь или подвергаясь сжатию в не-которой машине под действием внешних сил, первый и второй законы термодинамики применяются к определенному идеальному циклу или процессу в газе. Подобно этому, для рассмотрев ния превращения механической работы или энергии упругой деформации в тепло, или наоборот, мы определим, как изменяются параметры состояния > / г/гого тела, когда оно подвергается заданному виду деформирования или нагружения [c.55]

Все реальные процессы, наблюдаемые в природе, необратимы, что обусловлено существованием внутреннего теплообмена — передачей термодинамической системе (рабочему телу) тепла, возникающего в результате необратимых превращений работы (трение, электронагрев, диффузионные процессы и т. п.), а также в результате прямого теплообмена между элементами неравновесных систем. Необходимость включения внутреннего теплообмена в состав основных элементов энергетического баланса термодинамических систем становится очевидной уже в стадии формирования основных понятий термодинамики например, в определении теплоемкости тела, как величины отношения количества тепла к изменению температуры, должен быть предусмотрен полный теплооб- [c.3]

Расчет термодинамических процессов паров осуществляется либо аналитическим методом с использованием таблиц и соответствующих формул термодинамики для определения работы, количества подведенного или отведенного тепла, либо графическим методом с помощью диаграмм р — V Т — S или t — S. [c.97]

Рассмотрение тепловых явлений, происходящих в цилиндрах и рабочих камерах всевозможных тепловых машин (например, компрессорах и двигателях), изучение процессов взаимного превращения тепловой и механической энергии и передачи ее в формах тепла и работы от одних материальных тел к другим, а также определение наивыгоднейших условий осуществления всех этих процессов составляют основные задачи технической термодинамики. [c.27]

При одном и том же изменении температуры Дг = 2 —значение работы I для разных политропных процессов различно (оно зависит от показателя т политропы). Отсюда и количество тепла д, как это видно из уравнения первого закона термодинамики, будет различным. На основании определения теплоемкости имеем [c.39]

Если вслед за Клаузиусом рассматривать тепло как беспорядочное движение молекул, то первый закон термодинамики представляет собой не что иное, как закон сохранения энергии в механике. В соответствии с этой механической трактовкой тепла молекулы газа летят в различных направлениях, сталкиваясь друг с другом и со стенками объема, как полностью упругие тела. При каждом соударении происходит обмен кинетической энергией, полное количество которой остается, однако, неизменным, если газ не отдает в окружающую среду тепла или работы. Отдельные молекулы имеют различные изменяющиеся при каждом соударении значения энергии, но в среднем за достаточно большой промежуток времени кинетическая энергия молекулы имеет определенное значение. Кинетические энергии отдельных молекул в определенный момент времени группируются вокруг этого среднего значения по определенному статистическому закону, который в кинетической теории теплоты называется Максвелловским распределением молекул по скоростям. [c.20]

Эти соотношения позволяют найти величину всех трех термоэлектрических эффектов, если известен хотя бы один и если 5 или р, известны в небольшом интервале температур вблизи Т. Применяемые на практике методы определения 5, р и П изложены в работах Бернара [3] и Блатта [12]. При выводе приведенных выше соотношений Томсон полагал, что такие обратимые процессы, как эффекты Пельтье и Томсона, можно рассматривать вне зависимости от происходящих одновременно необратимых явлений теплопроводности и выделения джоулева тепла. Наличие необратимых процессов делает сомнительным применение второго начала термодинамики в обратимой форме, однако Томсон получил правильный результат. Общая теория, рассматривавшая одновременно обратимые и необратимые процессы, была развита в 1931 г. Онсагером [47, 48]. Ее основы изложены Бернаром [3]. [c.271]

Из определения понятий теплоты и работы (см. 5), следует, что две рассматриваемые в термодинамике формы передачи энергии не являются равноценными в то время как работа W может непосредственно пойти на увеличение любого вида энергии, теплота Q непосредственно, без предварительного превращения в работу, приводит лишь к увеличению внутренней энергии системы. Эта неравноценность теплоты и работы не имела бы значения, если бы можно было без каких-либо трудностей превратить теплоту в работу. Однако, как показывает опыт, в то время как при превращении работы в теплоту явление может ограничиться изменением термодинамичесшго состояния одного лишь теплополучающего тела (например, при нагревании посредством трения или при электронагреве), при преобразовании теплоты в работу наряду с охлаждением теплоотдающего тела происходит изменение термодинамического состояния других тел, участвующих в ЭТОМ процессе или рабочего тела при незамкнутом процессе, или других тел в замкнутом круговом процессе, когда ЭТИМ телам рабочее тело непременно отдает часть полученной им от нагревателя теплоты. В качестве таких других тел в тепло вых машинах обычно служат холодильники. [c.41]

В результате многочисленных наблюдений в дальнейшем было установлено (Майер, Джоуль и др.), что всегда, когда совершается работа за счет расходуемой механическсй энергии, возникает теплота, причем определенному количеству израсходованной механической энергии (совершенной работы) соответствует всегда вполне определенное количество появившейся теплоты. В дальнейшем было показано, что и при исчезновении определенного количества тепла появляется вполне определенное количество механической энергии. Все эти наблюдения привели к установлению первого закона термодинамики, получившего общее признание в 40-х годах XIX в. Его можно сформулировать следующим образом во всех тех случаях, когда исчезает некоторое количество тепла, возникает равное ему количество механической энергии (в виде совершенной работы), и, наоборот, при совершении какой-либо работы (за счет расходуемого при этом некоторого количества механической энергии) появляется равное ей количество тепловой энергии. [c.61]

В настоящей книге автор стремился дать простое и научно строгое изложение шервого и второго законов термодинамики. Даны подробные определения таких понятий, KaiK работа, температура и тепло. Термин энергия как термодинамическое понятие определен количественно. Не прибегая к молекулярной теории, применимой лишь для идеальных газов, показано, что внутренняя энергия является овойством системы. Уста новившийся поток рассмотрен с помощью более общего понятия открытой системы. [c.4]

Если принять определение Дж. Кинана Термодинамика — наука о соотношениях между теплом, работой и свойствами системы , то необходимо первый закон термодинамики тела постоянной массы и основной закон термодинамики тела переменной массы каждый в своей области признать первой частью реализации этого определения термодинамики. Этими законами установлены соотношения между главным свойством рабочего тела, внутренней энергией и внеишими воздействиями—теплом и работой. [c.50]

Формулировка второго начала термодинамики в виде утверждения о невозможности осуществления вечного двигателя второго рода, наоборот, не допускает полного обращения процессов превращения работы в теплоту . Чтобы пояснить это, рассмотрим процесс, при котором вся производимая внешними телами работа переходит в теплО, отдаваемое затем некоторому телу. Устройство, в котором бы совершался подобный процесс непрерывного превращения работы в тепло, по своему действию прямо противоположно вечному двигателю второго рода и поэтому всегда может быть осуществлено. Таким устройством является, например, прибор Джоуля для определения механического эквивалента теплоты. В этом приборе падающий груз приводит вс вращение мешалку, находящуюся внутри резервуара с жидко стью, в результате чего энергия падающего груза передается в виде теплоты трения жидкости и вызывает ее нагревание. Обра-, тить этот процесс, т. е. добиться поднятия груза на первоначальную высоту [c.52]

Второе начало термодинамики утверждает, что получение работы из тепла возможно только при наличии нагревателя и охладителя, между которыми поддерживается определенная разность температур. Отобранное от нагревателя тепло Q2 частично превращается в работу, а частично переходит к более холодной части установки (охладителю). КПД обратимого процесса получения работы г] не зависит ни от вещества, используемого для получения работы, ни от устройства машины, а лишь от разности температур между нагревателем и охладителем. КПД такого идеального обратимого процесса имеет максимальное значение, которого он может достигнуть. В реальных процессах из-за неустранимой необратимости КПД значительно ниже. Разность между фактическим КПД реальной машины, получающей работу из тепла, и идеальным КПД (Гг -ТОЛГг есть мера необратимости соответствующего процесса. [c.71]

После Карно обоснованием второго начала термодинамики занимались Тсмсон и Клаузиус. Томсон сформулировал второе начало термодинамики в виде утверждения о невозможности осуществления теплового двигателя с одним единственным источником теплоты, т. е. такой машины, которая путем охлаждения моря или земли производила бы механическую работу в любом количестве, вплоть до исчерпания теплоты моря и суши и в конце концов всего материального мира. Ему же принадлежит открытие термодинамической шкалы температур. Клаузиус исходил из идей Карно и придал выводам последнего большую общность и строгость с учетом эквивалентности тепла и работы, т. е. окончательно освободил термодинамику от гипотезы о теплороде. Исторической заслугой Клаузиуса является формулировка второго начала термодинамики в виде следующего утверждения теплота сама собой не может переходить от тела холодного телу горячему. Позже он дал более расширенную формулировку второе начало гласит, что все совершающиеся в природе превращения в определенном направлении, которое принято в качестве положительного, могут происходить сами собой, т. е. без ксмпенсации, но в обратном, т. е. отрицательном, направлении они могут происходить только при условии, если одновременно происходят компенсирующие процессы. Далее Клаузиус вывел на основе этого принципа особую функцию состояния — энтропию. С помощью этого нового понятия Клаузиус придал второму началу термодинамики форму закона возрастания энтропии изолированной системы. Этот закон, по мнению Клаузиуса, должен был иметь силу для всей Вселенной, что оказалось неправомерной, а потому и неверной для всей Вселенной экстраполяцией второго начала термодинамики. [c.154]

Как известно, теплоемкость реальных веществ зависит от вида процесса, в котором осуществляется подвод тепла к веществу. В соответствии с этим различают несколько видов теплоемкости. В этом разделе приводятся некоторые лабораторные работы по определению изобарной теплоемкости Ср, экспериментальное измерение которой осуществляется наиболее просто, а практическое значение велико. Экспериментальное измерение изохорной теплоемкости в силу ряда причин (см. 7-1) является более сложным и проведено лишь для небольшого числа газов. При известной теплоемкости Ср и p—v—Г-зависимости для данного вещества изо-хорная теплоемкость Си может быть рассчитана при помощи дифференциальных уравнений термодинамики. [c.220]

В общем слупае расчет процессов водЯ lioi u пара состоит в определении параметров пара, в начальном и конечном состояниях и вычислении подводимого тепла, изменения внутренней энергии и работы изменения объема, связанных уравнением первого закона термодинамики [c.123]

В случае, если процесс, протекающий в рассматриваемой системе, сопровождается химическими превращениями,— величина L представляет собой работу, совершающуюся в процессе химической реакции. Напомним, что в химической термодинамике тепловым эффектом реакции называется количество тепла, выделяющегося (экзотермическая реакция) или поглощающегося (эндотермическая реакция) при неизменных V м Т или при неизменных р и Т и при условии, что единственным видом работы системы является работа расширения (т. е. dL = 0) в соответствии с этим в химической термодинамике используются понятия о тепловых эффектах двух видов — тепловой э ект изохорно-изотермиче-ской реакции Qy и тепловой эффект изобарно-изотермической реакции Qp. Для того чтобы в соответствии с этими определениями вычислить значения Qy и Qp, используем уравнение первого закона термодинамики, записанное в виде [c.225]

В общем случае, когда в системе протекает такой циклический процесс, она может обмениваться теплом с произвольным числом других систем. При этом необходимо сделать одну важную оговорку невозможно построить ЦТЭУ, которая позволила бы при завершении цикла получить работу, равную количеству полученного тепла, т. е. установку, работающую без отдачи тепла. Такая ЦТЭУ, по существу, могла бы обмениваться теплом с единственной системой и являлась бы циклическим ВД-2 (определение см. в следующем разделе). Утверждение о невозможности построения такой установки во многих книгах приводится в качестве формулировки второго закона термодинамики, не требующей доказательства. Ниже будет показано, что это утверждение вытекает непосредственно [c.113]

Относительно причины возникновения этих светящихся следов сомнений не было. Это были линии наибольшего скольжения и соответственно зоны наибольшего выделения тепла — совершенно определенное проявление принципов термодинамики. То, что это явление не наблюдалось ранее, очевидно, объясняется тем, что не было столь благоприятного стечения обстоятельств, при которых одновременно имели место все условия, необходимые для его возникновения. Иридиевая платина требует для своей деформации совершения большого количества работы. На поверхности нет окалины, и стержень почти просвечивает, когда металл доведен до красного каления. Этот металл является плохим проводником тепла, а его удельная темлоемкость низка. Все эти условия благоприятствуют тому, чтобы эффект стал видимым при ковке данного металла, тогда как он оставался скрытым для всех других в иных условиях (Tres a [1878, 1], стр. 314, 315). [c.34]

Основными задачами нашего исследования явятся вывод уравнения процесса, т. е. уравнения, устанав.чивающего зависимость между давлением рабочего тела и его удельным объемом [р = j (v)] определение тепла, изменения внутренней энергии и энтальпии, работы газа в процессе. Следует иметь в виду, что этим, конечно, не могут быть исчерпаны задачи, возникающие нри исследовании любого процесса. После изучения второго закона термодинамики, когда возможности решения многих термодинамических задач значительно расширяются, исследование этих простейших процессов будет продолжено. Ниже также будет показано, что любой из процессов, рассматриваемых в настоящей главе, является всего лишь частным случаем некоторого обобщающего процесса. [c.81]

Вторая формулировка для машины-двигателя требует некоторого пояснения. Под перпетуумом-мобиле второго ряда принято понимать машину, которая могла бы превращать всю подводимую к ней теплоту в работу. Такая машина, очевидно, имела бы термодинамический к. п. д., равный единице, и не нуждалась бы в низшем источнике теплоты, так как не имела бы теплового отброса. Работа такой машины не противоречила бы первому закону термодинамики, который констатирует лишь взаимопревращаемость различных видов энергии. Вместе с тем, как показывает опыт, работа такой машины противоречила бы второму закону термодинамики, требующему, чтобы работа тепловой машины протекала в определенном перепаде температур, т. е. при наличии высшего и низшего источников тепла. [c.37]

Основные законы и процессы превращения тепла в работу изучаются в технической термодинамике, в которой устаиавлйвается, что для преобразования в работу тепла, поступающего от его источника, необходима определенная последовательность процессов, называемая циклом. [c.11]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...