Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги / Техническая термодинамика.-1

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

20.11.2023

Размер:

14.69 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 2223 / 2423 24 > Следующая >>>

помощ ью той ж е работы п ревращ ает теп лоту н и зко го тем пературного


потенциала в теп л о ту более вы со ко го		тем пературного	потенциала
(’’п е р ек ач и в ает” теп лоту).
П о ско л ьк у в теп л о в о м н асосе q t >		/0, то следовательн о, всегд а
ew > 1; это ви д н о и з у р а в н е н и я (416).
Е сли в	теп л о в о м н асосе о су щ ествояется обратны й ц и к л		К арно	при
Т0 = 275	К и тем п ер ату р е теп л о н о си тел я в систем е отоп лен и я			Т2 =

* 340 К , то п о л у ч аем следую щ ее зн ачен и е отопительного коэф ф ициен

та е0.от = Т2/{Т 2 -	Г0 ) = 340/(340 -	275) = 5,2.
О топительны е	коэф ф и ц и ен ты	теп л о вы х		насосов, использую щ их
циклы тер м о д и н ам и ч еск и м ен ее		соверш ен н ы х			холоди льн ы х устан о
во к , м ен ьш е, чем	у обратного ц и к л а Карно', при этом и х вели ч и н а
достигает 4, а и н о гд а и более.
Из вы р аж ен и я (415) сл ед у ет, что при е01 = 3 *					4 потребитель п олуча
ет в три - четы ре р аза больш е		теплоты , чем			при обы чном эл ек тр о
обогреве с тем и ж е затратам и эл ек троэн ерги и /0 .
В тех с л у ч а я х ,	к о гд а в к а ч ес тв е		ниж него	и сточника и сп ользуется
охлаж даю щ ая в о д а пром ы ш лен н ы х			п ечей,	ко н д ен саторов турбин и

д р у ги х п р о и зв о д ств ен н ы х агр егато в, эф ф ективность работы теп лового насоса во зр астает.

В первы е п ар о к о м п р ессо р н ая ам м и ач н ая теп лон асосн ая у стан о вк а

бы ла и сп о л ьзо ван а д л я о то п л ен и я п ом ещ ен и я в 1930 г. С тех пор было

сооруж ено достаточн о б ольш ое ко л и ч ество теп ловы х насосов. О днако

они ещ е н е п о л у ч и л и ш и рокого расп ростран ен и я из-за относительной д орогови зн ы эл ек тр о эн ер ги и и вы со к о й стоим ости у стан овк и . По м ере

у со вер ш ен ство ван и я	техн о л о ги и	и у д еш ев л ен и я	электроэн ерги и
теп ловы е насосы в б у д у щ ем н ай д у т б о л ее ш ирокое прим енение.
В те п л о в ы х н асосах	и спользую т	ц и к л ы воздуш н ы х,		п ароком п рес
сорны х и тер м о эл ек тр и ч еск и х х о л о д и льн ы х устан о во к .
Х олоди льн ы е у стан о в к и м о гу т и сп о л ьзо ваться и			д л я	совм естного

п о л у чен и я теп лоты и х о л о д а . К ом би н и руя п рям ой теплоф икационны й

ц и к л с ц и к л о м теп л о во го насоса, м ож н о п олучать теп лоту с любой пром еж уточной м еж д у тем п ер ату р ам и го р яч его и холодн ого источни к а тем п ер ату р о й . Т а к а я к о м б и н и р о ван н ая у стан о в к а п р ед ставл яет собой трансф орм атор теп л а .

	*		*
	*
К а к	отм ети л Р .К убо: ” И сейчас	тер м о ди н ам и ка,			п р ед ставл яю щ ая
собой	о д и н и з .о с н о в н ы х р а зд ел о в	ф и зи ки , и грает			столь ж е важ ную
роль, к а к и в о вто р о й п о л о ви н е прош лого в е к а ” .
Т ер м о д и н ам и к а я в л я е т с я ’’ж и в о й ”			н ау к о й ,	ее со врем ен н ое р а зв и
тие и д ет по м н оги м н ап р авл ен и я м ,			отразить	которы е в к о р о тк о м

заклю чен и и м ож но лиш ь схем ати чески . С оверш ен ствуется сам ап п арат


терм оди н ам и ки , к а к класси ч еск о й , т а к и н ер авн овесн ой .
В области	класси ч еск о й тер м о д и н ам и ки				в е д у тс я	и ссл ед о ван и я по
ф ундам ен тальн ы м		проблем ам ,	связан н ы м		с воп росам и ак си о м ати к и ,
ф орм ализации и о б о сн ован и я			теории,	р а зв и в ае тся		тер м о д и н ам и к а
слож ны х систем ,		в которы х,	п ом и м о	д а в л е н и я , действую т д р у ги е
обобщ енны е	силы	- эл ек тр и ч еск и е,		м агнитны е,		гр ави тац и он н ы е,

поверхностны е и т.д .

Т ерм оди н ам и ка в заи м о д ей стви я п о лей с вещ еством	и грает важ ную
роль при и зу ч ен и и п о в ед ен и я и свой ств м агн ети к о в,	д и э л е к т р и к о в ,

св ер х п р о во д н и к о в , при и сслед ован и и разли чн ы х систем в н евесо м о с

ти и т.д . М етоды тер м о д и н ам и ки		обобщ аю тся н а	слож н ы е систем ы ,
обладаю щ ие вн утрен н ей структурой , так и е к а к			ко м п о зи тн ы е	м ате
риалы , п олим еры , ж и д к и е	кри сталлы , би ологи чески е тк ан и			и д р .
П ояви лась тер м о д и н ам и к а	сред с	пам ятью , представляю щ и х		собой
та к и е систем ы , состояние которы х		о п р ед ел яется не то л ьк о зад ан и ем
парам етров в данны й м ом ент, но		и и х зн ачен и ям и в п ред ы д ущ и е
м ом енты вр ем ен и (состояние зави си т от преды стории).

В п ослед н и е годы вн и м ан и е и сслед о вател ей п ри влекаю т процессы

спонтанного		в о зн и к н о в	е н и я	в н еу п о р яд о чен н ы х	си стем ах	простран
ствен н ы х	и	вр ем ен н ы х	структур, т.е. я в л е н и я		ее сам оорган и зац и и .
О дним и з	создателей теории			в о зн и к н о в е н и я стр у кту р при		н еобрати

м ы х процессах, которы е бы ли н азван ы ди ссипативны м и стр у к ту р ам и , я в л я е т с я И .Р.Пригожин. Он писал: ” . . .Н еко то р ы е откры ты е си стем ы при п ереходе от равн овесн ы х у сл о ви й к у с л о в и я м д а л е к и м от р а в н о весн ы х стан о вятся н еустойчивы м и и и х свой ства р ад и к ал ь н о м ен яю т


ся. Т аки м и	свой ствам и		обладаю т м н оги е биологи чески е				систем ы ,
причем в о	всех	сл у ч аях	сущ ествует, ви д и м о ,			терм о ди н ам и ч ески й
порог сам оорганизации, четко разграничиваю щ ий						кл асс р авн о в есн ы х
структур и	кл асс	структур,		н азы ваем ы х	диссипативны м и		и в о зн и
каю щ их лиш ь при больш их				о тк л о н ен и ях	от р ав н о в еси я ” . И сследова
ние п о вед ен и я систем вд ал и				от р авн о в еси я со ставл яет п ред м ет н ел и

нейной неравн овесн ой тер м о ди н ам и ки .	В нелинейн ой области ли н ей
ны е ф ен ом ен ологи чески е зак о н ы (306) у	ж е н е имею т м еста. П рим ером


н елинейн ой терм о ди н ам и ки м ож ет служ и ть тер м о д и н ам и к а								хи м и чес
к и х реакц и й ,		к и н ети к а	которы х	п о д чи н яется н ели н ей н ом у				к и н ети
ч еском у зак о н у .
С ледствием		второго	н ачал а	терм о ди н ам и ки		я в л я е т с я		принцип
во зр астан и я	энтропии зам к н у то й			системы	dS > 0.	С истема при			этом
п ер ех о ди т в	состояние		р авн о в еси я, при		котором	S =	5 max(d5		= 0).
М акси м альн ая		эн троп и я	соответствует низш ей степени				о р ган и зо ван
ности систем ы , т.е. наибольш ей				н еуп орядочен н ости . Н ер авн овесн ы е
состоян и я, д л я которы х S < S max {dS < 0 и л и d S ld t< 0),							я в л я ю тс я бо

лее вы со к о ор ган и зо ван н ы м и . Чтобы поддерж и вать так и е состояния,

система д о л ж н а быть откры той . Д ействительно, из у р авн ен и я баланса энтропии (298) d S /d t = d eS /d t + d^S ldt, в котором прои зводство энтро пии d (S /d t в сегд а п олож и тельн о, сл ед у ет, что d S /d t < 0, если d eS /d t <

< 0 и deS /d t > d jS /d t. Э нтропия н ер авн овесн ой системы м ож ет убы вать


или оставаться		н еи зм ен н о й (d S /d t -		0	в стационарном состоянии)
только за счет п о то к а энтропии в окруж аю щ ую среду { d S jd t <							0). При
ум еньш ении	энтропии в		состоян и ях,	д а л е к и х		от равн о веси я,	м ож ет
наблю даться	к ач ествен н ы й с к а ч о к (наподобие					ф азового п ерехода), в
результате ко то р о го в о зн и к ае т н о вая ,				б о л ее о р ган и зо ван н ая стр у кту
ра. Это н аб лю д ается при достиж ении				систем ой		н екоторы х п ороговы х
(критических)		зн ачен и й	п арам етров .		П оскольк у сам оорган и зац и я

во зн и кает в р езу л ьтате совер ш ен и я систем ой необратим ы х процессов,

сопровож даю щ ихся диссипацией,	х ар актер и зу ем о й диссипативной
ф ункцией ф = T djSldT , о б р азо вавш и еся н овы е структуры назы ваю т
диссипативны м и . К и н ети чески е	у р ав н ен и я , описы ваю щ ие необра

тимые процессы в д а л и от р ав н о в еси я , яв л я ю тся нелинейн ы м и . Н ели нейность п о в е д е н и я систем ы п р ед ставл яет собой одно из необходим ы х

условий	в о зн и к н о в е н и я д и сси п ати вн ы х			структур . На м о л ек у л я р н о м
уровн е при этом		н аблю дается к о о п ер ати вн о е (согласованное) п о вед е
ние стр у кту р н ы х частиц.
П рим ером ди сси п ати вн ы х			стр у к ту р м огут служ ить я ч ей к и Б енара,
возни каю щ ие в		п о д о гр еваем о м сн и зу		тон к ом гори зонтальном слое
ж идкости . При достиж ении			к р и ти ческо й разности тем ператур м еж ду
нижней	и в ер х н ей гран и ц ей		с л о я в нем	за счет кооп ерати вн ого д в и
ж ения	м о л е к у л	ж и д кости	возн и каю т	п рави льн ы е ш естиугольны е

к о н в ек ти вн ы е я ч ей к и .

К ооп ерати вн ое п о вед ен и е систем ы ф отонов им еет м есто в лазер ах . В н ели н ей н ы х х и м и ч еск и реагирую щ их систем ах наблю даю тся перио

дически п ростран ствен н о -врем ен н ы е концентрационны е структуры .

Р азви ти е	тер м о д и н ам и к и откры ты х систем			обеспечило успеш ное
прим енение	тер м о д и н ам и ч еск и х		м ето д о в к	исследованию	ж и вы х
систем (б и о л о ги ч еск ая тер м о ди н ам и ка).
П реж де всего у д ало сь		устранить каж у щ и еся		п роти воречи я	м еж ду
принципом	в о зр астан и я	энтропии,	вы раж аю щ им тенденцию к		р азр у

шению стр у к ту р , и н аблю даем ой вы со ко й степенью орган и зован н ости


биологи чески х систем .				П ротиворечие устр ан яется				уж е	на у р о вн е
баланса	энтропии . Р азви ти е и				ф у н кц и он и рован и е			ж и вы х	систем, в
которы х	П ротекает		огром н ое		ко л и ч ество		необратим ы х		процессов,
сопровож даю щ ихся			п р о и зво д ство м			энтропии d iS /d t, возм ож н ы п ото
му, что	п о сл ед н ее		в р езу л ьтате			о б м ен а	вещ еств	к о м п ен си р у ется
отрицательны м		п о то к о м		энтропии		- d eSfdT ,	в р езу л ьтате		dS /dt < 0.
К он кретн ы е		п р и л о ж ен и я тер м о д и н ам и ки к би ологии							в есьм а о б

ш ирны и разнообразны . Они охваты ваю т процессы транспорта эн ерги и

и вещ ества в к л е т к а х и		суб клеточн ы х стр у кту р ах , транспорт ч ерез
м ем браны ,	эл ек тр о х и м и чески е процессы , би охи м и чески е р еакц и и ,
процессы	трансф орм ации	энергии . И сследование в о зн и к н о в е н и я и

ф у н к ц и он и рован и я ди сси п ати вн ы х стр у кту р п о зв о л я е т гл у б ж е п онять процессы р азви ти я и эволю ции б и олои чески х систем .

П олученны е в этой области результаты м огут о к азаться п олезн ы м и

и д л я тех н	и ч еск и х прилож ений . Рассм отрим	один пример* п р и в е д я
следую щ ую	техническую х ар ак тер и сти к у :	’’Л инейны й д ви гател ь

х ар ак тер и зу ется прочностью и надеж ностью . К он струкц и я п р о вер ен а и оп ти м и зи рован а в х о д е испы таний, п р о во д и вш и х ся в течен и е очень дли тельн ого врем ен и в гл о б ал ьн о м м асш табе. Все м одели вы со ко эко -

ном ичны и	м огут работать	н а общ едоступны х в и д ах				то п л и ва.	В сос
то ян и и п о к о я м ощ ности почти			не потребляет,	но	д ви гател ь		м ож ет
м гн овен н о	вк лю чи ться без	д о б	ав л ен и я топ ли ва	и	за	н еск о л ь к о м и л

л и сек у н д разви ть м ощ ность 1 кВт на 1 к г массы . К он струкц и я м о д у л ь

ная, им еет больш ой набор су б б л о ко в, что дает возм ож ность п олучить
наивы сш ую экон ом и ческую		эф ф ективность.			У правление циф ро
во е	И м еется больш ое	число д оп олн и тельн ы х				ф у н кц и о н альн ы х
б л о к о в: встроенны е след ящ и е системы				на случаи ,		к о гд а тр еб у ется
то ч н ая п од строй ка” .
Этим весьм а соверш енны м д ви гател ем				я в л я е т с я		м ы ш ца, п р ед став
ляю щ ая	собой м ех ан охи м и чески й		д ви гател ь		и	осущ ествляю щ ая
п рям ое	преобразован и е хи м и ческой		энергии в		м ехан и ческую . И нж е

нерны х ан алогов м ех ан охи м и чески х д ви гател ей в н астоящ ее в р е м я не

сущ ествует. Если учесть, что КПД мыш цы			достигает > 4 0 %				а так ж е
приведенную вы ш е х ар актер и сти ку , то		есть н ад		чем	п одум ать			б у д у
щ им и сслед о вател ям и кон структорам .
И сследование биологи чески х структур			я в л я е т с я		одной		из	зад ач
ф изики стр уктурооб разован и я . В число этих проблем						в х о д я т		специ
ф ические хи м и чески е, гео логи чески е,		эко л о ги чески е,				м етео р о ло ги
чески е, косм ологи чески е, экон о м и чески е структуры и др.
Вопросы	ф орм и рован и я структур	относят к		ф ун дам ен тальн ы м
проблем ам	естественны х н ау к , реш ение которы х н ах о д и тся						на сам ой

н ачальной стадии, и м ы ещ е д а л е к и от четкого п он и м ан и я п рои схож д ен и я и м н огообрази я наблю даем ы х в природе структур .

Обш ирной	областью д л я п ри м ен ен и я		тер м о ди н ам и ч ески х		м ето д о в
служ ит эк о л о ги я, в которой		и зу ч ается	в заи м о свя зь	всего	ж и во го с
окруж аю щ ей	средой . О снову	в заи м о д ей стви я ж и вой		и н еж и вой п ри

роды составляю т процессы взаи м н о го обм ен а энергией и вещ ество м . В с в я зи с этим зако н ы терм о ди н ам и ки д олж н ы играть важ н ую роль при и сслед ован и и эк о л о ги ч еск и х систем .

О становится н а одной из эк о л о ги ч еск и х п роблем , с в я зан н о й с

м атериальны м п р о и зво дство м , - загр язн ен и ем			окруж аю щ ей среды .
Причин	за гр я зн е н и я	н еск о л ьк о : неэф ф екти вн ое	исп ользован и е энер
гии в	п роц ессах ее	п р о и зво д ства и п отребления; несоверш енство

техн о л о ги ч ески х п роц ессов и тех н ологи ч еского оборудован и я; отсут

ствие заи н тересован н ости в	п ер ер аб о тке отходов . П оследняя	проб
лем а я в л я е т с я соци альн ой . К	тер м о ди н ам и ке имею т отнош ение	пер
вые д в е п роблем ы , связан н ы е с и нж енерной п ракти кой .
Э ф ф ективность п о л у ч ен и я	вы сокосортной эл ек три ч еской энергии

из н и зкосортн ой теп л о во й огран и чен а р ам к ам и второго н ачала терм о

д и н ам и ки	(п роблем а КПД). Д аж е	в соверш енны х	обратим ы х ц и к л ах
теп ловы х	д ви гател ей , им ею щ их	КПД ~ 40 %,	зн ачи тельн ая часть

теплоты вер х н его и сто ч н и к а (60 %) д о л ж н а отвод и ться н иж нем у источ нику, роль ко то р о го и грает о круж аю щ ая среда. Все теп ловы е д ви гате ли осущ ествляю т теп л о во е загр язн ен и е среды . У читы вая действую щ ие только эл ек тр и ч еск и е м ощ ности, нетрудн о п редставить м асш табы этих


загрязн ен и й . К ром е того, в окруж аю щ ую						среду п рои зводи тся вы брос
п р о д у кто в сго р ан и я то п л и в а и о тх о д о в						разли чн ы х техн ологи чески х
процессов.
Ф и зи ко -хи м и чески е процессы ,				леж ащ и е в			о сн ове ф ун кц и он и рова
ния к а к ж и вы х , т а к и и ску сствен н ы х					инж енерны х систем, в той или
иной	степ ен и н еобратим ы , т.е. имею т				диссипативную природу. Эти
диссипативны е эф ф екты м о гу т быть оценены							ф ун кц и ей эксергетичес-
ких	потерь (374) (d /d t)A L * = r od ,S /d f				=	Г 0 1 к о т о р ы е о п р ед ел я
ются	вел и ч и н о й		п р о и зво д ства	энтропии			d jS /d t.	Э ксергетические
потери		п ер ех о д я т	в окруж аю щ ую	среду,		поэтом у		вели чи н а d k L * /d t
служ ит		м ер о й ее	за гр я зн ен и я . П р и веден н ая ф орм ула прим еним а к

любым н еобрати м ы м процессам и в принципе п о зво л яет диф ф еренци

ровать н еобрати м ы е	потери по	причинам и областям локал и зац и и ,
п о зв о л я я тем сам ы м	в ы я в и ть	’’слабы е м еста” , обусловлен н ы е к а к

несоверш енством тех н о л о ги и , т а к и к о н стр у к ц и ей разли чн ы х элем ен тов о б о р у д о ван и я . З д есь о тк р ы вается ш ирокое п оле д еятельн ости д л я при м ен ен и я м ето д о в тер м о д и н ам и ки необратим ы х процессов. Сейчас н ако п л ен оп ред елен н ы й опы т и сп о л ьзо ван и я диссипативной ф ун кц и и

терм оди н ам и ки необрати м ы х процессов	прим енительно к и н	ж ен ер
ным и б и о л о ги чески м систем ам , о д н ак о	больш ое ко л и ч ество	зад ач
ж дет сво ей п о стан о вк и и реш ен и я.

Полностью избеж ать загр язн ен и й окруж аю щ ей среды н евозм ож н о, но соверш ен н о о ч еви д н о , что и х м ож но и н еобходи м о сниж ать. О дин из п утей состоит в освоен и и более эф ф екти вн ы х и сточн и ков энергии . Д ля этих ц ел ей м ож но и сп о л ьзо вать гравитаци онную энергию (напри

м ер, р е к , в о д о п ад о в, п р и л и во в и	т.д .),	солнечную	энергию , энергию
ветра, ги дротерм альн ую энергию	и др .	П редставляю т интерес к о н
струкц и он н ы е способы п р ео б р азо в ан и я		энергии -	п р ям о е п р евращ е

ни е х и м и ческо й энергии в эл ек тр и ч еску ю (в то п л и вн ы х эл ем ен тах ) и м еханическую » осво ен и е тер м о яд ер н о го си н теза и т.д .

Д ругой п уть зак л ю ч ается в соверш ен ствован и и рабочи х п р о ц ессо в п утем у м ен ьш ен и я необрати м ы х потерь. М и н им и зация д и сси п ати вн ой


ф у н кц и и п р ед ставл я ет собой терм оди н ам и ческую зад ач у ,									а ее р еал и
за ц и я я в л я е т с я инж енерной проблем ой .
С ниж ение ущ ерба от м атер и ал ьн ы х загр язн ен и й св я за н о									с и х	п ер е
р аб откой в м ен ее опасны е и				даж е п олезн ы е ф орм ы . Д л я этого						тр еб у
ется	со зд ан и е		м аш ин, которы е м о гу т работать (в соответстви и								со
вторы м		зак о н о м тер м о ди н ам и ки ) то л ь к о				с затратам и		эн ерги и . З д есь
в е д у щ а я		роль	п ри н адлеж и т тер м о д и н ам и к е . Т аки м					о б разом м о ж ет
быть	реш ена,		наприм ер, п р о б л ем а за гр я зн е н и я вб д ы ,					п о с к о л ь к у			в о
д а -	одн о и з		м н о ги х вещ еств, д оп ускаю щ и х				п олн ое	во сстан о в л ен и е
п осле п ерви чн ой обработки .
С	тер м о ди н ам и ко й тесно			с в я за н а	тео р и я		инф орм ации . О бе			н а у к и
о б ъ ед и н яет статистическое				п о н яти е	энтропии и инф орм ации . А н али з
инф орм ац и он н ы х процессов и м еет свои						особенности,		но	н е тр еб у ет
в в е д е н и я к ак и х -л и б о н о вы х зак о н о в					и л и	при н ц и п ов тер м о д и н ам и к и .


И нф орм ация об лад ает эн ергети ческой				стоимостью , а лю бой и н ф орм а
ционны й процесс		соп ровож д ается диссипацией			энергии . При		п о л у ч е
нии инф орм ации		в и зм ери тельн ом а к те всегд а			происходит		в за и м о
дей стви е и зм ери тельн ого устройства				и и сслед уем ой		систем ы ,		соп ро
вож даю щ ейся	обм еном		энергией , д и сси п ац и я		которой п р и во д и т к
необратим ости	процесса		и зм ер ен и я .	А н алоги чн ая		си ту ац и я		и м еет

м есто и в процессах у п р авл ен и я . Это п о зв о л я ет строить тер м о д и н ам и ч ески е м о д ел и процессов и зм ер ен и я и у п р авл ен и я .

Ч резвы чайно больш ая общ ность тер м о д и н ам и ч ески х м ето д о в , которы е п ри м еним ы к лю бым м ак р о ск о п и ч еск и м систем ам , п р и во д и т

к и д ее и сп о л ьзо ван и я терм оди н ам и ческого п о д х о д а в и ссл ед о ван и и

эк о н о м и ческ и х систем . О сн ован и ем д л я тер м о д и н ам и ч еск и х ан ало ги й слож ит сущ ествован и е в эк о н о м и к е ф ун кц и й , обладаю щ их та к и м и ж е свой ствам и , к а к и эн троп и я . В озрастание этой ф у н кц и и о п р е д ел я е т н ап р авл ен и е спонтанны х процессов, а м ак си м у м - состоян и е р а в н о в е

си я . При этом в м о д е л я х эк о н о м и к и о б н ар у ж и вается ан ало г тер м о д и

н ам и ч ески х	н ер авен ств,		и з	которы х, нап ри м ер,		сл ед у ет		п ри н ц и п
Ле-Ш ателье. Б ели налож и ть н а эк о н о м и ч еск и е ф акторы							р я д о гр ан и че
ний, то д л я	о п и сан и я д и н ам и к и систем ы , р ел ак сац и и ее к							состоянию
р авн о весн ы х , м о д ел и р о в ан и я				возн и каю щ и х п о то к о в			р аб о чей силы ,
то в а р о в м ож н о и сп о л ьзо вать				м етоды	тер м о д и н ам и ки		н ео б р ати м ы х
п роц ессов .
Т ак и м об разом , зн ан и е			осн ов тер м о д и н ам и к и н еоб ходи м о м н о ги м
сп ец и али стам , а		а к ти в н о е	в л а д е н и е		м ето дам и тер м о д и н ам и ч еск о го
а н ал и за я в л я е т с я		м ощ ны м и н струм ен том в р у к а х				и с с л е д о в а т ел я и
и н ж ен ера.

Биомеханика сердечной мышцы/В.Я.Языков, Г.И.Иткин, В.С.Мархасин и др. — М.: Наука, 1981.-325 с.

Вильсон А,Д. Энтропийные методы моделирования сложных систем, — М.: Наука, 1978.-248 с.

Каплем С.Р., Эссиг Э. Биоэнергетика и линейная термодинамика необратимых про

цессов. —М.: Мир, 1986. —384 с.
Кубо Р. Термодинамика. —М.: Мир, 1970. —304 с.
Ленинджер А. Биохимия. —М.: Мир, 1976. —960 с.
Певзнер Л. Основы биоэнергетики. —М.: Мир, 1977. —310 с.	т

Петров Н., Бранков И. Современные проблемы термодинамики. —М.: Мир, 1986. — 288с.

ПоплавскийР'П. Термодинамика информационных процессов. —М.: Наука. —1981. — 255с.

Разумихин В.С. Физические модели и методы теории равновесия в программировании и экономике. —М.: Наука, 1975. — 304 с.

Сычев В.В. Сложные термодинамические системы. —М.: Наука, 1980. —208 с.

Эбелинг В. Образование структур при необратимых процессах —М.: Мир, 1979. - 280 с.

Кгл а в е 1

1.Можно ли в качестве термодинамической системы рассматривать: а — молекулу воды; б —живую клетку; в —стальной баллон, содержащий газ?

2.Открытыми или закрытыми являются перечисленные выше системы?

3.Изменяются ли микросостояния газа, находящегося в состоянии равновесия?

4.Можно ли в качестве контрольной поверхности выбрать, наружную поверхность баллона, содержащего газ?

5.Изобразите в диаграмме р —Vсостояние воды в вертикальном сосуде. Объем сосуда V, высота воды от дна Я, барометрическое давление рв.

6.Является ли термодинамическим параметром вес газа в емкости?

7. Служат ли*полными дифференциалы следующих величин: М — масса, G — вес, F —площадь контрольй поверхности, V—объем, Т —температура, С—теплоемкость?

8.Может ли уравнение состояния принять вид р = const?

9.Что можно сказать о молекулах газа, имеющего уравнение состояния р(» —Ь) = ПТ?

10.Определено ли состояние системы, если известны ее масса и объем?

11.Теплоизолированный с боковой поверхности стержень имеет неизменные во време ни температуры торцов Тх > Г2. В каком состоянии находится стержень (стационарном, равновесном и т.д.)?

1.В баллоне с непроницаемой перегородкой находятся азот и кислород. Чему равна внутренняя энергия такой системы?

2.Существует ли для рассмотренной выше системы калориметрическое уравнение состояния t/= U(V, Т)?

3.Какие из параметров: М, р, U, Т, и, Vсчитают интенсивными?

4.Замкнутая система релаксирует к равновесию. Что происходит с ее внутренней энергией?

5.Почему в качестве рабочих тел тепловых двигателей используют газы?

6.Может ли параметром служить величина u^j = U/N0, где N0 —число частиц в сис

теме?

7.Система переходит из одного состояния в Другое обратимо или необратимо. Сравни* не изменение внутренней энергии в обоих переходах.

8Справедливо ли для необратимых процессов уравнение ô Q = dU+ 6L?

9.При сжатии газа р цилиндре с поршнем его некоторое количество вытекает через отверстие в стенке. Можно ли для вычисления работы использовать выражение L и

-îp(V )dV ? Vi

10.Сравните изменение энтальпии системы при обратимом и необратимом переходах между двумя заданными переходами.

11.Может ли теплоемкость принимать значения сх < 0, сх = 0 и сх - °°?

12.В печи для термообработки находится л деталей. Их массы Mt*и теплоемкости с,-

известны. Какой физический смысл имеет величина w = Е с,‘М,*? Служит ли w функцией

I	i = 1
состояния системы?
	13* Зависит ли объемная теплоемкость системы от объема?	Ч
	14. Можно ли среднюю теплоемкость вычислить по формуле сх	Ч
	14. Можно ли среднюю теплоемкость вычислить по формуле сх	I = 0>5[cx(*i) +
+ cx(a)L гДе Çx(i)и сх(Ч) —значения истинных теплоемкостей?		*i

15.Чему равна теплоемкость льда в процессе его плавления?

16.В чем состоит различие в теплоемкостях идеальных и реальных газов?

17.Что происходит с энтальпией замкнутой системы, релаксирующей к состоянию равновесия?

18.Чему равно отношение fyVdplÿpdVÏ

19* В замкнутой системе сожгли некоторое количество водорода. Что происходит с внутренней энергией системы?

20* Можно ли поток лучистой энергии характеризовать параметрами р и Г?

21* Можно ли для системы ядер урана записать уравнение q = du + 1> если в системе:

а—идет ядерная реакция; б —реакции нет?

22.Тела массой М перемещается со скоростью w. Можно ли утверждать, что внутрен няя энергия U « 0,5Mwa + const?

23.Газ сжимается в цилиндре поршнем, имеющим отверстие, через которое часть газа

вытекает в окружающую среду. Справедливо ли для такой системы уравнение bQ ~dU +

+61, где ÔQ mcx dTt 61 * pdVl

24.Может ли работа необратимого процесса быть больше работы обратимого процесса?

1.Может ли теплота передаваться от льда к кипящей воде?

2.Справедливо ли равенство 1„ = ф2У5?

3.Можно ли теплоту некоторого источника полностью превратить в работу?

4.Чему равно отношение ф pdVlф TdSl

5.Система переходит из состояния 1 в состояние 2 сначала обратимо, а затем из 1 в 2 необратимо. Сравните изменение энтропии в этих двух процессах.

6.Может ли энтропия системы убывать в необратимых процессах?

7.Может ли иметь место равенство àQ = dSl

8.В чем эквивалентность различных формулировок второго начала термодинамики?

9.Система релаксирует к состоянию равновесия. Что происходит с ее энтропией?

10.Расширение газа в цилиндре с поршнем сопровождается трением. Возможно ли уменьшение энтропии в этом процессе?

11.Может ли адиабата два раза пересекать одну и ту же изотерму?

12.Покажите графически в Г —5-диаграмме теплоемкость системы.

13.Какому из агрегатных состояний систем вода —лед и вода — пар соответствуют меньшие значения энтропии?

14.Зависит ли энтропия системы от ее массы?

15.Чему равна энтропия смеси льда, воды и пара?

16.Можно ли теплоту некоторого источника полностью превратить в энергию электри ческого тока?

17.Что происходит с энтропией проводника, по которому течет электрический ток?

18.Можно ли уменьшить энтропию адиабатной системы?

19.Получите выражения для изменения внутренней энергии и энтальпии газа, подчи няющегося уравнению состояния р (v —Ь) =ЯГ. Чем этот газ отличается от идеального?

20.Найдите связь между теплоемкостями Ср и су вещества, имеющего уравнение состояния р = const, где р —плотность.

21.Вычислите изменение энтропии системы, имеющей постоянную плотность, при изменении температуры от ТЛ до Г2.

22.Зависит ли энтропия идеального газа от его плотности?

23.Используя уравнение состояния идеального газа pv = RT и формулу Майера Ср — —су = R, внутреннюю энергию можно представить в виде и = [1/(к —1)]рт + и0. Не проти воречит ли этот результат закону Джоуля, утверждающему, что внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры?

24.Является ли полным дифференциалом величина 6 ф = T(dS/dT) ydT+ [T(dS/d V )j—

-p]dV ?

25.Какой смысл имеет величина T/(dT/d5)x ?

26.Вычислите интеграл ф 0ф = фТ(д5/дГ)у«/Г+[Г(д5/дУ)г—p]dV.

27.Вычислите производную (dh/du)s для идеального газа. Какой физический смысл имеет эта величина?

28. Из каких условий можно найти постоянную интегрирования в выражении V

29.Является ли полным дифференциалом выражение сydT?

30.Чему равна производная (dh/dT)v для идеального газа?

31.Справедлива ли формула Майера ср —cv =R, если сv = су (Г) и ср =ср (Г) ?

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 2223 / 2423 24 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги

#
13.11.202325.12 Mб38Техника и технология строительства боковых стволов в нефтяных и газовых скважинах..pdf
#
12.11.20237.19 Mб3Техника разведки..pdf
#
12.11.202310.87 Mб16Техника, технология и технические средства, применяемые при реконструкции скважин строительством боковых (дополнительных) стволов..pdf
#
12.11.20238.46 Mб7Техническая диагностика остаточного ресурса и безопасности..pdf
#
12.11.20236.75 Mб4Техническая термодинамика и теплопередача..pdf
#
20.11.202314.69 Mб1Техническая термодинамика.-1.pdf
#
12.11.202318.93 Mб2Техническая термодинамика..pdf
#
12.11.20235.78 Mб1Техническая экспертиза объектов недвижимости..pdf
#
12.11.20236.43 Mб6Техническая эксплуатация систем телекоммуникаций..pdf
#
19.11.202342.59 Mб1Технические и экологические аспекты ликвидации твёрдотопливных межконтинентальных баллистических ракет..pdf
#
12.11.20238.56 Mб3Технические измерения и приборы..pdf