Termotehnică

1. NOTIUNI INTRODUCTIVE

1.1 Obiectul termodinamicii si legile fundamentale

Termodinamica este o parte a fizicii al carei obiect de studiu îl constituie starile de echilibru ale sistemelor fizico-chimice si proprietatile generale ale proceselor care conduc la astfel de stari, procese în care pot interveni si fenomene termice.

Aplicatiile tehnice ale termodinamicii sunt studiate de termodinamica tehnica sau pe scurt termotehnica.

Principalele probleme ale termotehnicii se refera la producerea, transmiterea si utilizarea caldurii în scopuri tehnice.

Legile fundamentale care stau la baza termodinamicii sunt: a) principiul zero al termodinamicii: Doua sisteme aflate în echilibru termic cu un al 3-lea sistem, se gasesc în echilibru termic între ele; b) primul principiu al termodinamicii (PT 1) , al echivalentei formelor de energie si conservarii energiei, c) al doilea principiu al termodinamicii (PT 2), care precizeaza sensul spontan de transformare a energiei si entropiei, d) principiul al treilea al termodinamicii, principiul imposibilitatii de atingere a punctului zero absolut.

1.2 Notiuni fundamentale

a) Sistem termodinamic

Sistemul termodinamic reprezinta un domeniu finit din spatiu, format din mai multe corpuri cu proprietati diferite, care pot schimba atât între ele cât si cu mediul exterior substanta si energie sub forma de caldura si lucru mecanic. Aceasta caracteristica îl deosebeste esential de sistemul mecanic care poate schimba energia numai sub forma de lucru mecanic. Tot ce se afla în afara sistemului termodinamic si interactioneaza cu acesta reprezinta mediul ambiant sau mediul exterior. Se considera ca mediul exterior poate schimba caldura fara sa-si modifice temperatura.

Sistemul termodinamic este separat de mediul exterior prin suprafete reale (peretele unei conducte) sau imaginare.

Interactiunea unui sistem termodinamic cu mediul exterior se manifesta prin schimburi de energie si substanta.

Din punct de vedere al schimbului de substanta, sistemul poate fi închis daca suprafata de separatie este impermeabila la schimbul de substanta si deschis daca suprafata de separatie este permeabila la schimbul de substanta.

Din punct de vedere al schimbului de energie, suprafata de separatie poate fi sau nu permeabila la schimbul de lucru mecanic si/sau de caldura. În aceste cazuri, sistemele pot fi mecanic neizolat, mecanic izolat, termic neizolat, termic izolat. Sistemul termic izolat se mai numeste si adiabat.

Sistemul termodinamic a carui suprafata de separatie este impermeabila la schimbul de energie si substanta se numeste sistem izolat sau energetic izolat.

Exemple:

1) din punct de vedere al schimbului de substanta

2) din punct de vedere al schimbului de energie

2a) sub forma de lucru mecanic

2b) sub forma de caldura

cilindru cu piston

sistem închis

mecanic neizolat

termic neizolat

turbina cu gaze

sistem deschis

mecanic neizolat

termic neizolat

calorifer

sistem deschis

mecanic izolat

termic neizolat

termos

sistem închis

mecanic izolat

termic izolat (adiabatic)

Þ energetic izolat

Figura 1.1

b) Starea sistemului. Parametri de stare. Echilibru termodinamic. Ecuatia termica de stare

Prin starea unui sistem se întelege totalitatea proprietatilor masurabile, independente de forma exterioara a acelui sistem. Marimile care exprima proprietatile unui sistem se numesc parametri de stare sau marimi de stare. Marimile de stare reiau aceeasi valoare, ori de câte ori sistemul revine în aceeasi stare, independent de starile intermediare prin care a trecut sistemul.

Descrierea unui sistem termodinamic cu ajutorul marimilor de stare este posibila numai în cazul în care marimile de stare nu se modifica în timp, adica sistemul este în echilibru termodinamic. Echilibrul unui sistem izolat este determinat de echilibrul mecanic (presiune constanta), echilibrul termic (temperatura constanta), echilibrul chimic (concentratie constanta).

Un sistem închis care se gaseste în stare de echilibru termodinamic poate fi împartit cu ajutorul unui perete subtire în doua subsisteme. Starea sistemului nu se modifica prin aceasta operatie. Cele doua subsisteme vor avea de asemenea aceeasi stare si difera numai prin volumul lor, respectiv prin cantitatile de substanta continuta.