Термодинамика

Купить бумажную книгу и читать

Автор: Вейник А.И.

Название: Термодинамика

Издательство: Изд-во Министерства высшего, среднего, специального и профессионального образования Белорусской ССР

Год издания: 1961

Формат: PDF

Язык: русский

Cтраниц: 369

Размер: 29,2 МБ

Описание: В книге в доступной форме излагаются основы общей термодинамики, которая впервые органически объединяет в себе классическую термодинамику, термодинамику необратимых процессов, теорию теплопроводности, тепло- и массообмен и т.д. По сути дела эта объединенная термодинамика представляет собой единую теорию переноса. Автором открыты и описаны новые законы и эффекты переноса, которые обнаруживаются при общем макрофизическом рассмотрении явлений различного рода — термических, механических, химических, фильтрационных, электрических, магнитных и др. Классическая термодинамика и термодинамика необратимых процессов существенно переработаны. В классическую термодинамику с самого начала введены идеи переноса. На основе идей термостатики устранены элементы формализма, характерные для аппарата современной термодинамики необратимых процессов. Книга рассчитана на студентов, аспирантов, преподавателей и научных работников.

СОДЕРЖАНИЕ:

Предисловие 5

Введение 7

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ

ТЕРМОСТАТИКА

Глава I

Основные понятия

§ 1. Закон сохранения энергии

1. Формы движения материи ... ... 10

2. Энергия 10

3. Формулировка основного закона II

4. Система II

5. Окружающая среда 12

6. Контрольная поверхность 12

7. Внутренняя энергия 12

8. Внешне изолированная система 13

9. Внутренняя энергия изолированной системы 14

10. Род взаимодействия 14

11. Внешние степени свободы системы 14

12. Обобщенная работа 15

13. Система с одной внешней степенью свободы 15

14. Система с п внешними степенями свободы 16

§ 2. Обобщенные заряд и сила

1. Форма применения основного закона .... 16

2. Явления перемещения в пространстве . , 17

3. Явления вращения 17

4. Кинетические явления перемещения ... 18

5. Кинетические явления вращения 19

6. Инерционные явления перемещения 20

7. Инерционные явления вращения . . . . . ... 21

8. Гравитационные явления ... . . 21

9. Явления растяжения и сжатия 22

10 Явления кручения и изгиба . . ... 22

11. Поверхностные явления . . ... 23

12. Механические явления . . . . . 23

13. Электрические явления ... . . ... 24

14. Поляризационные явления . . . 25

15. Магнитные явления .... . . 25

16. Химические явления .... .25

17. Термические явления .... 26

18. Обобщение формы выражения работы . . 26

19. Обобщенный заряд . . .27

20. Обобщенная сила .... ... ... .30

21. Сопряженные заряд и сила ... . 32

22. Основной признак наличия взаимодействия . . 32

23. Уточнение понятия изолированной системы . . .32

24. Правило знаков ... 33

25. Общее уравнение основного закона . . . . . . 33

26. Обсуждение терминологии . 34

Глава II

Равновесное состояние системы

§ 3. Состояние системы

1. Сопряженные формы движения материи . . ... .37

2. Термодинамические формы движения ... . ... 3/

3. Внутренние степени свободы системы . . . ... 38

4. Сопряженные степени свободы 40

5. Связь между внутренними и внешними степенями свободы . . 40

6. Внутренне изолированная система . . . . . . .41

7. Состояние системы . . ... 41

§ 4. Количественная мера состояния

1. Роль обобщенной работы 42

2. Обобщенный заряд как количественная мера состояния . 42

3. Параметр состояния .... 43

4. Функция состояния . . . . 44

5. Число параметров состояния . . .... 44

§ 5. Равновесное состояние

1. Основной признак равновесного состояния системы . ... 44

2. Роль обобщенной силы . . . . . . .45

3. Критерий неравновесности . .46

4. Условия, обеспечивающие равновесное состояние 47

Глава III

Однородная система

§ 6. Количественная характеристика термодинамической

однородности

1. Основной признак термодинамической однородности системы . 49

2. Критерий термодинамической неоднородности . . . .49

§ 7. Макрофизически однородная система

1. Условие термодинамической однородности .... 50

2. Критерий макрофизической неоднородности 51

3. Однородность и равновесность . . 52

4. Химически однородная система 50

5. Гомогенная система . 54

6. Гетерогенная система 54

§ 8. Удельные параметр и функция состояния

1. Свойства однородной равновесной системы . . . ... 54

2. Величины, зависящие от веса системы 56

3. Удельный параметр состояния .... . 56

4. Удельная функция состояния . . . 57

Глава IV

Уравнение состояния

§ 9. Связь между внутренними степенями свободы

1. Связь между термодинамическими формами движения, . . оЬ

2. Связь между внутренними степенями свободы 60

3. Число связанных степеней свободы . . .60

§ 10. Аналитическое отображение состояния

1. Зависимость функций от параметров состояния 61

2. Общий вид калорического уравнения состояния .... 61

3. Влияние внутренних связей на свойства калорического

уравнения 63

4. Общий вид уравнения состояния системы с одной внутренней

степенью свободы 64

5 Общий вид уравнения состояния системы без внутренних

связей 65

6 Общий вид уравнения состояния системы с внутренними

связями .67

7 Общий вид уравнения состояния для связанных степеней

свободы .... . . . 69

§ 11. Уравнения состояния систем с одной внутренней степенью

свободы

1. Кинетические явления .... . 70

2. Деформационные явления 71

3. Механические явления 72

4. Электрические явления .... . .73

5. Поляризационные явления ... 73

6. Магнитные явления 74

7. Термические явления .... .74

8. Обобщение формы уравнений 74

9. Анализ общих уравнений .75

§ 12. Уравнения состояния систем с двумя связанными

внутренними степенями свободы

1 Роль связанных внутренних степеней свободы 76

2. Термические уравнения состояния .... 77

3. Термодеформационная система . 78

4 Термомеханическая система ... ... 80

5. Термоэлектрическая система . . .... 81

6. Термополяризационная система 81

7. Термомагнитная система .... . 82

8. Термоосмотическая система . . .82

9. Термодиффузионная система . . . 83

10. Обобщение формы термического уравнения состояния .... 83

§ 13. Анализ уравнения состояния газа

1. Идеальный газ . . 84

2. Реальный газ . .87

§ 14. Уравнения состояния систем с тремя связанными

степенями свободы

1. Общие замечания 89

2. Примеры различных систем . , . . 89

Глава V

Графическое отображение состояния

§ 15. Различные виды диаграмм

1. Фигуративная точка 91

2. Типы диаграмм 91

§ 16. Влияние числа внутренних степеней свободы

1. Одна степень . . . . . 92

2. Две степени . . . 93

3. Три степени ..... . . ... 95

4. Общий случай ... . : 96

Глава VI

Емкость системы

§ 17. Различные виды емкости

1. Емкость по отношению к обобщенному заряду 97

2. Емкость по отношению к энергии 100

3. Теплоемкость 100

§ 18. Удельная емкость

1. Удельная емкость по отношению к обобщенному заряду . . . 102

2. Удельная емкость по отношению к энергии 103

3. Удельная теплоемкость . . 104

4. Связь между теплоемкостью и термоемкостью . .... 106

§ 19. Влияние числа степеней свободы

1. Влияние несвязанных степеней свободы .106

2. Влияние связанных степеней свободы . . 107

Глава VII

Смесь газов

§ 20. Уравнение состояния

1. Способы задания состава смеси ... . . . ... 109

2. Состав смеси задан по весу . . . И 2

3. Состав смеси задан по объему 114

§ 21. Удельная емкость

1. Состав смеси задан по весу ... .115

2. Состав смеси задан по объему . ... 117

Глава VIII

Термостатическая цепь систем

§ 22. Цепь систем с одной внутренней степенью свободы

1. Роль контакта систем П9

2. Цепь систем 120

3. Обобщенный заряд системы .... 121

4. Обобщенный заряд цепи 121

5. Обобщенная сила цепи 122

6. Итоговый эффект .... .122

7. Использование понятия емкости . . 123

8. Примеры явлений 124

§ 23. Цепь систем с двумя связанными степенями свободы

1. Роль связанных степеней свободы 124

2. Описание цепи 124

3. Случай одинаковых значений обобщенной силы и температуры . 125

4. Случай одинаковых значений обобщенной силы 126

5. Случай одинаковых значений температуры 128

6. Общий случай 128

7. Термомеханическая система 128

8. Итоговый эффект ... 129

9. Контактная разность обобщенной силы 129

§ 24. Цепь систем с тремя связанными степенями свободы

1. Общие соображения 130

2. Роль уравнения состояния .... . 130

РАЗДЕЛ ВТОРОЙ

ТЕРМОКИНЕТИКА

Глава IX

Основные понятия

§ 25. Неоднородное поле обобщенной силы

1. Поле параметров и функций состояния 133

2. Поле обобщенной силы 134

3. Неустановившееся, или нестационарное поле .... . 134

4. Установившееся, или стационарное поле . . ... 135

5. Трехмерное поле . . 135

6. Двухмерное поле . . . . 136

7. Одномерное поле . . . . 13;

8. Поверхность уровня .... .... .136

9. Градиент обобщенной силы ... . . .... 137

10. Проекции градиента на оси координат .... 138

11. Линия тока . . . .... 139

12. Трубка тока . 141

13. Направление переноса обобщенного заряда . 141

§ 26. Удельный поток обобщенного заряда

1. Количество протекшего заряда 142

2. Поток обобщенного заряда . . 142

3. Термодинамическая однородность потока 143

§ 27. Аналитическая форма выражения потока

1. Связь между потоком и градиентом 143

2. Электрические явления 144

3. Диффузионные явления 146

4. Химические явления 147

5. Фильтрационные явления . ... .148

6. Механические явления 150

7. Термические явления . . . . . . 153

8. Обобщение формы выражения потока 154

§ 28. Теплота диссипации

1. Преобразование различных форм движения материи . . . .155

2. Электрические явления 156

3. Диффузионные явления 158

4. Химические явления 158

5. Фильтрационные явления 159

6. Механические явления 159

7. Термические явления 160

8. Работа и теплота диссипации 160

9. Общая форма выражения теплоты диссипации 161

10. Изменение внутренней энергии системы 161

§ 29. Термический заряд диссипации

1. Роль теплоты диссипации 162

2. Количество возникшего термического запяда 171

3. Скорость возникновения термического заряда 163

4. Скорость возникновения теплоты диссипации 164

§ 30. «Поток» теплоты

1. Особенность термических явлений . . 164

2. Полная работа термического заряда 165

3. Понятие «потока» теплоты 167

4. Удельный «поток» тепла 168

5. Аналитическая форма выражения «потока» тепла 168

6. Связь между коэффициентами теплопроводности и термопро-

водности 169

7. Термический заряд диссипации 171

8. Теплота диссипации 171

9. Скорость возникновения термического заряда 172

10. Скорость возникновения теплоты диссипации 172

Глава X

Обратимый и необратимый процессы

§ 31. Количественная мера необратимости

1. Роль термического заряда диссипации . 174

2. Критерш"! необратимости ... . ... . .175

3. Условие необратимости . . . . . . 176

4. Условие обратимости . . . .177

§ 32. Необратимый процесс

1. Сущность необратимости ... . . .... 177

2. Количественный анализ процесса .... . . . 178

3. Коэффициент полезного действия процесса . ... 181

4. Влияние обобщенной силы . .182

5. Влияние градиента обобщенной силы 182

6. Влияние проводимости, времени и площади 183

7. Влияние сопротивления системы 184

§ 33. Обратимый процесс

1. Сущность обратимости 185

2. Влияние разности значений обобщенной силы 185

3. Изменение направления процесса . 187

Глава XI

Квазиравновесное стационарное состояние системы

§ 34 Квазиравновесная система

1. Преимущества однородной равновесной системы . . . .189

2. Дробление неравновесной системы . . 190

3. Квазиравновесная система . . . . ~. . . . ... . 190

§ 35. Стационарный процесс

1. Влияние режима . . .... .191

2. Разновидности стационарного состояния системы . . ... 191

3. Покоящийся и движущийся заряд . . . 192

Глава XII

Стационарная цепь систем с одним потоком

§ 36. Одинарный проводник с одной степенью свободы

1. Общие соображения 200

2. Описание цепи 200

§ 37. Проводник с двумя связанными степенями свободы

1. Описание цепи 201

2. Характер распределения обобщенных сил . • 202

3. Характер распределения обобщенных зарядов 203

4. Градиент температуры не равен нулю . . 204

5. Градиент обобщенной силы не равен нулю 207

6. Примеры различных явлений . . . . . . . ... 208

7. Обобщение возникающих эффектов .... 214

§ 38. Проводник с тремя связанными степенями свободы

1. Влияние числа связанных степеней свободы .216

2. Описание эффектов .... . 217

§ 39. Проводник с неодномерным полем обобщенной силы

1. Влияние числа измерений ... 217

2. Двухмерное поле 217

3. Трехмерное поле 218

Глава XIII

Стационарная цепь систем с несколькими потоками

§ 40. Одинарный проводник с несвязанными степенями свободы

1. Влияние числа потоков 219

2. Роль несвязанных внутренних степеней свободы 219

§ 41. Проводник со связанными внутренними степенями свободы

1. Описание цепи квазиравновесных систем с двумя степенями

свободы и двумя потоками 220

2. Возникающие эффекты ... 221

3. Определение величины потоков 222

4. Проводник с тремя связанными степенями свободы и тремя

потоками ... 224

§ 42. Кинетические уравнения состояния

1. Предварительные замечания . . 225

2. Вывод общих линейных уравнений переноса 225

3. Кинетические уравнения состояния 229

4. Число уравнений состояния (переноса) 230

5. Анализ линейных уравнений переноса 230

6. Соотношения взаимности Онзагера 231

7. Суммарная скорость возникновения теплоты диссипации . . . 232

8. Выбор потоков и кинетических сил 232

9. Рекомендуемый выбор потоков и кинетических сил 233

10. Принцип микроскопической обратимости . . v 236

Глава XIV

Двойная стационарная цепь систем

§ 43. Термокинетическая пара с одной степенью свободы

1. Схема термокинетической пары 238

2. Суммарный поток заряда . 23S

§ 44. Пара с двумя внутренними степенями свободы

1. Описание разомкнутой пары 239

2. Эффекты, возникающие при замыкании пары . 240

3 Коэффициент полезного действия процесса превращения . . .241

§ 45. Элементарная теория

1. Температуры спаев не одинаковы • • 242

2. Обобщенные силы спаев не одинаковы .....•• • 244

§ 46. Более строгая теория

1. Анализ эффекта контактной работы ... . . 246

2. Анализ линейного эффекта ....•• 248

§ 47. Примеры явлений

1. Термоэлектрическая пара . . . 249

2. Термофильтрационная пара . . 250

3. Термодиффузионна1я пара ... ... 253

4. Термомеханическая пара . . . 254

5. Обобщение результатов 255

§ 48. Особые случаи

1. Три и больше связанных внутренних степени свободы .... 257

2. Сложная цепь систем 257

3. Неоднородный проводник . • 258

Глава XV

Дополнительные приложения теории

§ 49. Перенос зарядов через барьер

1. Описание термомеханического барьера • 259

2. Возникающие эффекты • 259

3. Теория эффектов .... .... .... ... 260

4. Случай термической эффузии . • 262

§ 50. Двухкомпонентная система

1. Описание системы 263

2. Описание эффектов 263

3. Теория термомолекулярного эффекта ... . . . • - 264

4.* Эффект разделения . . . • • 267

§ 51. Электроосмотические явления

1. Описание системы . • • 267

2. Теория 268

РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ

ТЕРМОДИНАМИКА

Глава XVI

Основные понятия

§ 52 Квазиравновесное нестационарное состояние системы

1. Причина нестационарности . . 272

2. Особенности нестационарного состояния . 273

3. Критерий нестационарности • • • 273

4. Дробление системы . . . . 274

5. Квазиравновесная нестационарная система 274

6 Взаимные превращения покоящегося и движущегося заряда . 275

7. Обратимое усвоение и выделение заряда системой . . . 275

8. Необратимый перенос заряда через систему 276

9. Свойства квазиравновесной нестационарной системы .... 276

10. Разновидности квазиравновесного нестационарного состояния . 277

§ 53. Обратимый и необратимый процессы

1. Критерий необратимости процесса 277

2. Коэффициент полезного действия про;: сса 278

3. Условие обратимости . 279

4. Цепь систем . . . 279

§ 54. Круговой процесс

1. Второй метод взаимных преобразований различных форм

движения материи 281

2. Роль связанных степеней свободы . 282

3. Периодическое преобразование ... . ... . . 282

4. Круговой процесс, или цикл ... 283

5. Уравнение закона сохранения энергии для кругового процесса . 283

6. Термомеханическая система ... ... 284

Глава XVII

Нестационарные процессы переноса

§ 55. Влияние нестационарности

1. Основной признак классификации термодинамических явлений . 285

2. Обсуждение нестационарных эффектов . . 286

3. Первый метод теории 287

4. Второй метод теории 287

5. Круговые преобразования ... . 288

§ 56. Химические реакции

1. Общие соображения 288

2. О выборе потоков и кинетических сил 288

3. О числе линейных уравнений переноса . . 289

4. Статические уравнения состояния .... 289

5. Кинетические уравнения состояния . . . . 290

6. Химическое сродство 292

§ 57. Проводник с одним потоком

1. Вывод общего дифференциального уравнения переноса . . . 293

2. Тепловые явления 295

3. Диффузионные явления 295

4. Электрические явления 296

5. Фильтрационные явления 296

6. Гидравлические явления 296

7. Термические явления 296

8. Трехмерное поле . 297

9. Стационарный режим ..." .... . 298

10. Методы решения дифференциального уравнения 298

11. Условия однозначности, или краевые условия 299

12. Метод подобия ... 301

13. Метод модели . 301

14 Метод аналогии . 301

§ 58. Проводник с несколькими потоками

1 Принятые ограничения 301

2. Вывод системы дифференциальных уравнений переноса для двух

потоков . . . . . 302

3 Общий случай . . .303

4. Капиллярно-пористое тело 304

5. О решении системы уравнении . ... .... 306

Глава XVIII

Нестационарные круговые процессы

§ 59. Изменения состояния газа

1. Постановка задачи . . .... 307

2. Обратимый процесс . . . . 309

3. Изохорный процесс . ... 309

4. Изобарный процесс . ... 311

5. Изотермический процесс ... . . . . 313

6 Адиабатный процесс . . .315

7. Политропный процесс . . .... ... .316

8. Течение газа .... . . . . . 317

§ 60. Изменение состояния пара

1. Таблицы и диаграммы для паров 323

2. Основные процессы изменения состояния пара ... . 327

3. Течение пара . .... 329

§ 61. Цикл Карно

1. Описание цикла 329

2. Химический потенциал для механических явлений ... .331

3. Коэффициент полезного действия .... 332

4. Теорема Карно . , ... . . . 333

5. Анализ цикла Карно .... ... . 333

6. Влияние необратимости ... . . . . ... 334

7. Абсолютная шкала температуры .... .... 337

8. Обратный цикл Карно . . . . ... . 339

§ 62. Обобщенный цикл

1. Коэффициент полезного действия . • 339

2. Термомеханическая система .... .... . 340

3. Другие примеры обобщенных циклов .... 341

§ 63 Циклы компрессора и двигателей

1. Цикл компрессора ... 344

2. Циклы двигателей внутреннего сгорания • . 345

3 Цикл паросиловой установки ... 347

Заключение .. . . ... 350