Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Общая термодинамика.-1

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
20.11.2023
Размер:
16.76 Mб
Скачать

модинамического действия в дифференциальной форме для /^-пара­ метра по (9.1). Определяем в правой части поток по (9.5) и используем, согласно заданному условию, кинетический множитель их = dx/dt. После преобразований получаем

г/ _

d П’1х _

£г2 d IJix

K x = Ux

(11.19)

ix"

~ d F ~ "

~ x

 

 

 

Для вторичного течения по оси х с градиентом по оси у в ре­ зультате подобных преобразований получаем

т1 _

d2IJiX

= - K t

d 2 T h x

( 11.20)

1 ix(y) —

dt2

dy1 —КуФ* K y Ш U y .

Введенные в (11.19) и (11.20) индексы обозначения вторичных пото­ ков и градиентов в специальном пояснении не нуждаются. Физичес­ кое существо функции (11.19) и (11.20) следующее. Они характе­ ризуют неравномерные (стационарные) поток и течение, выражае­ мые первичными градиентными функциями, но ускоренные.

11.6. Далее приведем еще две вторичные канонические градиент­ ные функции, а именно, так называемый поток течения, получае­ мый из градиентной функции течения, преобразованной по «правилу потока»:

и течение потока, получаемый из градиентной функции потока, пре­ образованной по «правилу течения»:

у / _ d ( dTIi

^ — —Кху ^

; Кху = ихиу.

(11.22)

dt

 

 

 

Нетрудно видеть тождественность — при условии применимости любого порядка дифференцирования — функций (11.21) и (11.22). Поэтому можно заключить, что при указанном условии потоки и течения в форме потока течения и течения потока неразличимы.

11.7.

В самом общем случае перенос I является функцией гради­

ента g и кинетического множителя и:

 

 

I=I(U, g).

(11.23)

Полагая, что функция / является полным дифференциалом, запи­ шем уравнение состояния единичного переноса

dl = udg + gdu.

(П.24)

12.Структура термодинамики

12.1.Термодинамика, как фундаментальная естественная наука, имеет свой собственный предмет — термодинамическую систему и основной закон — закон сохранения и эквивалентного превращения, а также дополнительный принцип суперпозиции статических и кине­

тических явлений.

Объектом общей термодинамики является анализ предмета, основных законов, структуры науки и места этой науки среди дру­ гих фундаментальных наук.

Структурно термодинамика состоит из общей и прикладной тер­ модинамики, рассматривающей приложение термодинамического метода к решению практических задач.

12.2. Общая термодинамика распадается на две части: парамет­ рическую и специальную.

В параметрической термодинамике анализируются все возмож­ ные закономерности поведения экстенсивных (базового и обобщен­ ного) и интенсивного (равновесного или неравновесного) параметров состояния. При этом исходят из положения о том, что поведение всех без исключейия термодинамических параметров тождественно и выражается тождественными по аналитической форме законами.

Специальная термодинамика последовательно рассматривает термодинамические явления, определенные данными /7,, ^/-пара­ метрами как в отдельности, так и во взаимосвязи с иными к-ми термодинамическими параметрами состояния. Такое подразделение обусловлено столь существенным отличием термодинамической природы /-х явлений от прочих к-й природы, что каждый раздел специальной термодинамики представляет собой по сути отдельную научную подотрасль со своим уточнённым предметом и дополни­ тельными основными законами.

12.3. Каждое познанное /-го рода явление может быть описано соответствующим экстенсивным и интенсивным параметрами со­ стояния и соответственно выделено в отдельный раздел специаль­

ной термодинамики. Сегодня можно говорить о таких разделах, как термодинамика волюмометрическая (р, v), химическая, реоло­ гическая, поверхностных явлений, квантерная, электромагнитных явлений, гравитационная, релятивистская, одномерных явлений и т. д.

Может ли быть какая-то системность в изложении специальной термодинамики? Создание такой систематики только начинается. В первом приближении она представляется построенной по видам па раметров состояния, характеризующих:

—геометрическое пространство термодинамической системы: трехмерное (р, v), двумерное (a, s), одномерное (^ л:),

—структурный уровень системы; например, выделяются термо­ динамики химическая, квантерная, электромагнитных явлений.

12.4.Систематизация не предусматривает подразделение термо­ динамики на равновесную и неравновесную. При этом следует иметь в виду, что статические и кинетические явления могут проис­ ходить с термодинамическими системами, определяемыми любым

Д-параметром.

12.5.В основу систематизации положена физическая (термодина­ мическая) природа экстенсивного параметра. Если возможно опре­

делять и измерять Д-параметр или рассчитывать его величину по результатам измерений, то не только правомочно, но и необходимо для получения достаточно полной и достоверной картины выделить соответствующий раздел специальной термодинамики, используя для его построения систематику общей термодинамики.

12.6. Параметрическая термодинамика оперирует опосредован­ ными термодинамическими параметрами, что позволяет просле­ дить основополагающие закономерности и взаимосвязь между ними. Основанием для систематизации в общей термодинамике слу­ жит число экстенсивных параметров, которыми определяется дан­ ная сйЪтема и.$е йтношение к другой системе. Простейший случай

— однопараметрическая (по Д-параметру) система. В двухпарамет­ рической (по Д , Д^-параметрам) системе поведение определяется / -* Дг-взаимодействием. В трехпараметрической системе характер явлений еще сложнее. Возможно в принципе рассмотрение и л-пара- метрических термодинамических систем. Однако формальное указание в уравнении состояния многих параметров состояния без конкретного указания на характер их взаимодействия еще не явля­ ется основанием для отнесения системы к многопараметрической.

12.7. В настоящее время общая термодинамика рассматривает только одноуровневые термодинамические системы, или рассмат­ риваемая многоуровневая, в том числе включающая и межуровне­ вое состояние, система определенным образом условно сводится к одноуровневой. Необходимо выделять и термодинамику многоу­ ровневых систем.

ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ

ТЕРМОДИНАМИКА

Вступление

Однопараметрические системы

Двупараметрические системы

Двупараметрические экспоненциальные системы

Трехпараметрические системы

...чтобы рассмотреть принцип получения движения из тепла во всей полноте, надо его изучить независимо от какого-либо аген­ та, надо провести рассуждения, приложимые не только к паро­ вым машинам, но и ко всем мыс­ лимым тепловым машинам, ка­ ково бы ни было вещество, пу­ щенное в дело, и каким бы образом на него ни производи­ лось воздействие...

Н. Карно

Логика иногда делает чудови­ ща. Вот уже с половины века мы наблюдаем, как появляется толпа странных функций, которые, повидимому, пытаются возможно меньше походить на частные функции, служащие какой-нибудь цели. Даже больше, со строго ло­ гической точки зрения, именно эти странные функции и являются наиболее общими, а те, с которы­ ми встречаешься без особых по­ исков, уже являются только как частные случаи. Для них остается только самый маленький уго­ лок... Если бы логика была един­ ственным руководителем учите­ ля, то стало бы необходимым на­ чинать с наиболее общих функций, т. е. с наиболее странных.

Л. Пуанкаре

ВСТУПЛЕНИЕ

Специфика раздела общей термодинамики, который называется параметрической термодинамикой, состоит в том, что все законо­ мерности рассматриваются в самом общем виде, оперируя некото­ рыми /-го рода* параметрами: базовым экстенсивным, пропорцио­ нальным ему обобщенным экстенсивным, а также интенсивным (выступающим как коэффициент пропорциональности между этими параметрами). Тем самым с самого начала утверждается (хотя и в неявном виде) и потом систематически, не оставляя никакой ла­ зейки для иного суждения, показывается, что для термодинамиче­ ского метода описания любых познанных явлений с помощью диф­ ференциальных уравнений все базовые (77,) и обобщенные (П,) экс­ тенсивные, а также интенсивные (Xi) параметры состояния тождественны между собой и всегда справедливо полное дифферен­ циальное уравнение

т, - XidiJi + гмх, - Щ ) /п + Щ )п чх„

Вместе с тем, базируясь на принципе суперпозиции, практически с самого начала рассматриваются воедино те явления, которые ра­ нее были предметом существенно разделенных классической (равно­ весной) и неравновесной термодинамик. Это позволяет получить единую термодинамическую картину.

* Индекс “Г* обозначает конкретную термодинамическую (физическую) природу объекта.

Параметрическая термодинамика способна приложить свою иде­ ологию к описанию многих известных явлений, что показывается на ограниченном числе примеров лишь для пояснения закономерно­ стей, представляющихся сложными. Принципиально важно и то, что методы параметрической термодинамики могут способствовать утверждению методологии миропонимания и содействовать направ­ ленному поиску, открытию и теоретическому обоснованию новых явлений.

ОДНОПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Вступление

1.Исходные определения

2.Свойства параметров состояния

3.Закон сохранения

4.Виды систем и процессов

5.Уравнения переноса

6.Кинетическое уравнение

7.Термодинамический процесс в данной системе

8.О коэффициенте полезного действия

9.Принцип недостижимости нулевого значения термодинамическбй силы

10.О пути процесса

Вступление

Когда термодинамическая система определяется одним парамет­ ром, точнее параметром одного рода, всё. просто. Но это — кажу­ щаяся простота. Здесь, пожалуй, основное — освоиться в обраще­ нии с опосредованным параметром, попытаться найти еще хотя бы один вариант его изменения, а он есть.

1.Исходные определения

1.1. Термодинамической однопараметрической системой являет­ ся часть одноуровневого материального мира, определенная одним термодинамическим параметром состояния данной системы 77,. Система является определенной, если ее состояние может быть из­ мерено или вычислено по результатам косвенных измерений кон­ кретным параметром, который в силу этого не может быть ни ну­ левой, ни бесконечной величиной.

1.2.Данной является рассматриваемая система ('), выбор кото­ рой ограничен лишь способностью назначить для нее один пара­ метр состояния. Тогда прочее можно считать другой системой (") или внешними телами, определяемыми тем же измеряемым пара­ метром (параметрами) состояния. В пределе, если доступны пара­ метр и средства его измерения, весь одноуровневый мир строго можно разделить на данную систему и все прочее, представляющее собой другую систему. Данная система от этой другой отделяется граничной областью — границей, которая сама по себе не влияет на значения параметра и его изменения.

1.3.Базовым является термодинамический экстенсивный пара­

метр состояния, который обозначим как 77,, где нижний индекс / указывает на конкретное его термодинамическое свойство. Экспери­ ментально обнаружен ряд экстенсивных параметров: масса, объем,