Метода термодинамики (6 ч)

Термодинамика

Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе

Цель преподавания дисциплины

Для глубокого и полного изучения специальных дисциплин студентами специализирующимися в области технической физики и физико-энергетических установок, необходимы знания ряда дисциплин теплофизического профиля в том числе феноменологической термодинамики.

Цель преподавания дисциплины "Термодинамика" - ознакомить студентов с законами термодинамики, ее методами, общими вопросами теории фазовых превращений, циклами теплосиловых установок и подготовить студентов к изучению дисциплин специальности и расчету курсовых проектов.

Задачи изучения дисциплины

В задачи изучения дисциплины входят: овладение студентами и использование в практической деятельности основных законов термодинамики; овладение и применение одного из основных методов термодинамики - метода термодинамических потенциалов; получение студентами основных сведений о циклах теплосиловых установок и методов анализа их эффективности; привитие навыков термодинамических расчетов Физических процессов.

Перечень дисциплин, усвоение которых необходимо для изучения данной дисциплины

Для изучения данной дисциплины студент должен владеть знаниями по курсам общей физики, высшей математики, вычислительной техники.

Содержание дисциплины

2.1. Наименование тем, их содержание, объем в часах лекционных занятий

Введение (2 ч.)

Предмет термодинамики. Основные понятия и определения термодинамики (терминология): термодинамическая система (изолированная, открытая, закрытая адиабатная), разновесное состояние, термодинамический контакт, термодинамические параметры (экстенсивные, интенсивные, внешние, внутренние), внутренняя энергия термодинамической системы, уравнения состояния (термическое, калорическое). Функции состояния и их свойства. Постулаты термодинамики.

Первый закон термодинамики (6 ч.)

Термодинамические процессы, квазкстатические и нестатические процессы, циклы. Работа и теплота процесса, энергия переноса массы. Формулировки первого начала термодинамики, интегральная и дифференциальная формы записи первого начала, обобщенные силы и обобщенные координаты. Понятие теплоемкости, связь между изобарной и изохорной теплоёмкостями, формула Майера, скрытая теплота. Основные термодинамические процессы: изотермический, адиабатный, политропный, изохорный, изобарный. Уравнения политропного и адиабатного процессов. Частные случаи политропного процесса. Диаграммное изображение термодинамических процессов. Термические коэффициенты: термический коэффициент объемного расширения, термический коэффициент давления, коэффициент изотермической сжимаемости. Связь между термическими коэффициентами. Коэффициент адиабатной сжимаемости, связь между адиабатными и изотермическими коэффициентами сжимаемости.

Второй закон термодинамики (8 ч.)

Обратимые и необратимые процессы, циклы. Цикл Карно. Формулировки второго начала термодинамики Клаузиуса и Томсона, их эквивалентность. Принцип адиабатной недостижимости Каратеодори.

 Понятие температуры, эмпирические температурные шкалы, шкала Цельсия, Фаренгейта, Реомюра. Температурная окала идеального газа. Обоснование существования энтропии: голономность и свойства форм Пфаффа, определение энтропии термодинамической системы. Существование абсолютной термодинамической температуры и ее связь с эмпирической температурой. Связь абсолютной термодинамической шкалы температур со шкалой идеального газа. Первая и вторая теоремы Карно. Неравенство Клаузиуса. Изменение энтропии в произвольных процессах. Свойства энтропии. Основное уравнение термодинамики. Примеры возрастания энтропии при необратимых процессах в адиабатных системах: теплообмен при конечной разности температуры, механические процессы с трением. Энтропия идеального газа.

Метода термодинамики (6 ч)

Связь между термическим и калорическим уравнениями состояния. Метод циклов, зависимость поверхностного натяжения от температуры. Характеристические функции и термодинамические потенциалы, внутренняя энергия как термодинамический потенциал. Преобразование Лежандра. Энтальпия. Энергия Гельмгольца изохорно-изотермический потенциал. Энергия Гиббса, изобарно-изотермический потенциал. Зависимость энергии Гиббса от числа частиц в системе. Большой термодинамический потенциал. Уравнение Гиббса-Дюгема. Уравнения Гиббса-Гельмгольца. Применение метода термодинамических потенциалов: магнитострикция, электрострикция, пьезоэффект, эффект Джоуля-Томсона, обратимое и необратимое и необратимое дросселирование газа. Термодинамика излучения: тепловое излучение, излучательная и поглощательная способность тел, закон Кирхгофа, световое давление, закон Стефана-Больцмана, термодинамические Функции излучения