Please download to get full document.

View again

All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
 0
 
  Description:
Share
Transcript
  1. NOŢIUNI INTRODUCTIVE 1.1 Obiectul termodinamicii şi legile fundamentale Termodinamica este o parte a fizicii al cărei obiect de studiu îl constituie stările de echilibruale sistemelor fizico-chimice şi proprietăţile generale ale proceselor care conduc la astfel de stări, procese în care pot interveni şi fenomene termice.Aplicaţiile tehnice ale termodinamicii sunt studiate de termodinamica tehnică  sau pe scurt termotehnica. Principalele probleme ale termotehnicii se referă la producerea, transmiterea şi utilizareacăldurii în scopuri tehnice.  Legile fundamentale  care stau la baza termodinamicii sunt: a)  principiul zero al termodinamicii: Două sisteme aflate în echilibru termic cu un al 3-lea sistem, se găsesc în echilibrutermic între ele; b)  primul principiu al termodinamicii (PT 1) , al echivalenţei formelor de energie şiconservării energiei, c) al doilea principiu al termodinamicii (PT 2), care precizează sensul spontande transformare a energiei şi entropiei, d)  principiul al treilea al termodinamicii , principiulimposibilităţii de atingere a punctului zero absolut. 1.2 Noţiuni fundamentalea) Sistem termodinamic 99Sistemul termodinamic reprezintă un domeniu finit din spaţiu, format din mai multe corpuricu proprietăţi diferite, care pot schimba atât între ele cât şi cu mediul exterior substanţă şi energiesub formă de căldură şi lucru mecanic.  Această caracteristică îl deosebeşte esenţial de sistemulmecanic care poate schimba energia numai sub formă de lucru mecanic. Tot ce se află în afarasistemului termodinamic şi interacţionează cu acesta reprezintă mediul ambiant sau mediul exterior. Se consideră că mediul exterior poate schimba căldură fără să-şi modifice temperatura. Sistemul termodinamic este separat de mediul exterior prin suprafeţe reale (peretele uneiconducte) sau imaginare.Interacţiunea unui sistem termodinamic cu mediul exterior se manifestă prin schimburi deenergie şi substanţă.Din punct de vedere al schimbului de substanţă, sistemul poate fi închis  dacă suprafaţa deseparaţie este impermeabilă la schimbul de substanţă şi deschis  dacă suprafaţa de separaţie este permeabilă la schimbul de substanţă.Din punct de vedere al schimbului de energie, suprafaţa de separaţie poate fi sau nu permeabilă la schimbul de lucru mecanic şi/sau de căldură. În aceste cazuri, sistemele pot fi mecanicneizolat, mecanic izolat, termic neizolat, termic izolat. Sistemul termic izolat se mai numeşte şi adiabat. Sistemul termodinamic a cărui suprafaţă de separaţie este impermeabilă la schimbul deenergie şi substanţă se numeşte  sistem izolat sau energetic izolat. Exemple: 1) din punct de vedere al schimbului de substanţă2) din punct de vedere al schimbului de energie2a) sub formă de lucru mecanic2b) sub formă de căldură 5  cilindru cu piston sistem închismecanic neizolattermic neizolat turbină cu gaze sistem deschismecanic neizolattermic neizolat calorifer  sistem deschismecanic izolattermic neizolat termos sistem închismecanic izolattermic izolat (adiabatic)   energetic izolatFigura 1.1 b) Starea sistemului. Parametri de stare. Echilibru termodinamic. Ecuaţia termică destare Prin  starea  unui sistem se înţelege totalitatea proprietăţilor măsurabile, independente deforma exterioară a acelui sistem. Mărimile care exprimă proprietăţile unui sistem se numesc  parametri de stare  sau mărimi de stare . Mărimile de stare reiau aceeaşi valoare, ori de câte orisistemul revine în aceeaşi stare, independent de stările intermediare prin care a trecut sistemul.Descrierea unui sistem termodinamic cu ajutorul mărimilor de stare este posibilă numai încazul în care mărimile de stare nu se modifică în timp, adică sistemul este în echilibru termodinamic. Echilibrul unui sistem izolat este determinat de echilibrul mecanic (presiune constantă), echilibrultermic (temperatură constantă), echilibrul chimic (concentraţie constantă).Un sistem închis care se găseşte în stare de echilibru termodinamic poate fi împărţit cuajutorul unui perete subţire în două subsisteme. Starea sistemului nu se modifică prin aceastăoperaţie. Cele două subsisteme vor avea de asemenea aceeaşi stare şi diferă numai prin volumul lor,respectiv prin cantităţile de substanţă conţinută. Toate mărimile de stare care nu se schimbă prin divizarea sistemului se numesc mărimi de stare intensive.  Acestea sunt independente de masa sistemului. Ex. presiunea, temperatura (p,T).Mărimile de stare care îşi modifică valoarea prin divizarea sistemului, proporţional cu masasubsistemelor, reprezintă mărimi de stare extensive. Ex. volumul, energia (V,E). Deoarece mărimile de stare extensive nu sunt caracteristice pentru starea sistemului, se preferă a se lucra cu mărimile corespunzătoare masice sau  specifice,  care se obţin împărţind mărimea 6  respectivă prin masa sistemului. Mărimile masice  sau  specifice  astfel obţinute se comportă ca şimărimile de stare intensive. Exemple:  mVv  [m 3 /Kg] volum masic sau volum specific, deci volumul pentru 1 Kg de substanţă  mEe   [J/Kg] energie masică sau energie specifică, deci energia pentru 1 Kg de substanţă  Mărimile extensive  se notează cu majuscule (V, E), iar mărimile intensive  şi  specifice  culitere mici (p,  , v, e) cu excepţia temperaturii absolute (T).Temperatura în grade Celsius se notează cu t, timpul cu   , iar viteza cu w.Mărimile de stare care intervin în termodinamică se împart în mărimi termice de stare (presiunea, temperatura, volumul) care definesc un sistem din punct de vedere termic şi mărimicalorice de stare  (energia internă, entalpia, entropia) care variază datorită schimbului de energie subformă de căldură.Între parametrii de stare ai unui sistem există, în general, relaţii de legătură precizate de legifizice, de aceea unii parametri de stare pot fi aleşi ca independenţi. Ceilalţi care rezultă din relaţia delegătură sunt numiţi dependenţi. În mod uzual se aleg ca parametri de stare mărimile care pot fi mai uşor măsurate, spreexemplu: presiunea, volumul, temperatura.Pentru un sistem omogen, se poate demonstra că sunt suficienţi 2 parametri de stare pentru a preciza starea sistemului. Oricare alt parametru este dependent de cei 2 parametri printr-o funcţie deforma: p = p (v,T) sau v = v (p,T) sau T = T (p,v)Cele 3 relaţii pot fi scrise sub formă implicită:F (p,v,T) =0 care reprezintă ecuaţia termică de stare. c) Transformarea fizică de stareApariţia unui dezechilibru între sistem şi mediul exterior conduce la modificarea unuiasau a mai multor parametri de stare, deci a stării sistemului. Modificarea încetează cândsistemul revine într-o nouă poziţie de echilibru cu mediul exterior. Se numeşte transformare fizică de stare succesiunea continuă de stări prin care sistemul trecedintr-o stare de echilibru numită stare iniţială (1) în altă stare de echilibru numită stare finală(2). Clasificare c 1 ) - Dacă starea iniţială este distinctă de cea finală, transformarea se numeşte evoluţie.  Dacăsistemul revine în starea iniţială, el efectuează o transformare închisă numită ciclu termodinamic. c 2 ) - Transformarea este numită naturală dacă se poate realiza de la sine, fără intervenţieexterioară şi  forţată dacă se realizează prin consumarea unei forme de energie din mediul exterior.c 3 ) - Transformarea se numeşte  finită , dacă cel puţin un parametru de stare realizează variaţiifinite şi elementară dacă modificările parametrilor de stare sunt infinit mici (infinitezimale). c 4 ) - Transformarea poate fi reversibilă  sau ireversibilă. Dezechilibrul termic sau mecanic dintre sistem şi mediul exterior care genereazătransformarea fizică de stare se menţine pe tot parcursul transformării anulându-se în starea finală de 7  echilibru. Dacă dezechilibrul este finit, transformarea se numeşte ireversibilă. Rezultă că o variaţieinfinit mică în sens invers a dezechilibrului nu reuşeşte să modifice direcţia de realizare atransformării. Dacă transformarea este datorată unei succesiuni continue de dezechilibrări infinit mici, lalimită nule, transformarea se numeşte reversibilă.  Deci, se poate considera că transformareareversibilă este realizată printr-o succesiune continuă de stări de echilibru. Deci, transformareareversibilă, spre deosebire de transformarea ireversibilă, se poate realiza pe acelaşi drum si într-unsens si în celălalt sens.Transformarea reversibilă este o transformare teoretică, ideală, care nu există în realitate dar spre care se poate tinde.Fenomenele reale din natură sunt întotdeauna ireversibile (deoarece sunt însoţite de  frecare). Atât în transformarea directă cât şi în cea inversă, căldura produsă prin frecare este cedată de sistemmediului exterior, iar sensul de trecere a căldurii nu poate fi inversat. În termodinamică sunt studiate transformările reversibile, acestea servind drept criteriu decomparaţie pentru aprecierea gradului de perfecţiune al unei maşini sau instalaţii termice în care procesele reale care se desfăşoară sunt ireversibile. 1.3 Temperatura Temperatura este o mărime care caracterizează starea termică a unui corp. Ea este o expresiea energiei cinetice medii a moleculelor corpului considerat. Temperatura nu poate fi definită cuajutorul altor mărimi şi a fost admisă în consecinţă ca mărime fundamentală.Determinarea temperaturii se realizează pe baza atingerii echilibrului termic. Două sisteme auaceeaşi temperatură atunci când prin suprafeţele permeabile la schimb de căldură nu are loc unschimb de căldură reciproc, adică atunci când cele două sisteme se găsesc în echilibru termic întreele.Pentru măsurarea temperaturii, termometrele folosesc una din proprietăţile variabile,constante în timp, uşor şi precis măsurabile ale materiei (dilatarea unui corp, variaţia presiunii unuigaz, variaţia rezistenţei electrice a unui conductor, fenomenul termoelectric, etc. vezi laboratorul  ). 8
Related Search
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks
SAVE OUR EARTH

We need your sign to support Project to invent "SMART AND CONTROLLABLE REFLECTIVE BALLOONS" to cover the Sun and Save Our Earth.

More details...

Sign Now!

We are very appreciated for your Prompt Action!

x