Конвекция - перенос теплоты в жидкостях, газах или сыпучих средах потоками вещества. Естественная конвекция возникает при неравномерном нагреве снизу текучих или сыпучих веществ, находящихся в поле тяжести или в системе, движущейся с ускорением. Вещество, нагретое сильнее, имеет меньшую плотность и под действием архимедовой силы перемещается относительно менее нагретого вещества. При вынужденной конвекции перемещение вещества происходит под воздействием какого-либо устройства (насоса, мешалки и т.п.).
Лучистый теплообмен (радиационный теплообмен) осуществляется в результате процессов превращения внутренней энергии вещества в энергию излучения, переноса энергии излучения и ее поглощения веществом. Протекание лучистого теплообмена определяется взаимным расположением в пространстве тел, обменивающихся теплом, и свойствами среды, разделяющей эти тела. Существенным отличием лучистого теплообмена от других видов теплообмена заключается в том. что он может протекать и при отсутствии вещественной среды, разделяющей поверхности теплообмена, т.к. он осуществляется в результате распространения электромагнитного излучения.
Равновесным является такое состояние изолированной системы, в которое она переходит по истечении бесконечно большого времени. Однако практически равновесие достигается за конечное время, называемое временем релаксации. При неизменных внешних условиях такое состояние может сохраняться сколь угодно долго.
Равновесное состояние полностью характеризуется небольшим числом физических параметров. Прежде всего это температура, равенство значений для всех частей системы является необходимым условием термодинамического равновесия (Нулевое начало термодинамики).
При переходе из одного равновесного состояния в другое система проходит через непрерывный ряд состояний. Если процесс может быть обращен вспять и при этом в окружающей среде не остается никаких изменений, то процесс является обратимым. Термодинамика дает полное описание обратимых процессов, а для необратимых процессов устанавливает лишь определенные неравенства и указывает направление их протекания.
Изобарный процесс - процесс, протекающий при постоянном давлении.
Изотермический процесс - процесс, протекающий при постоянной температуре.
Изохорный процесс - процесс, происходящий при постоянном объеме.
Адиабатный процесс - процесс совершения работы при отсутствии теплообмена с окружающей средой.
Термодинамические потенциалы - функции макроскопических параметров термодинамической системы (объема, давления, температуры, энтропии, числа частиц), за счет которых совершается работа системой и убывающие в процессе совершения ею работы. В зависимости от условий процесса такими потенциалами являются внутренняя энергия, энтальпия, Гельмгольцева энергия и Гиббсова энергия.
Внутренняя энергия - энергия внутреннего состояния тела, например, сумма кинетических энергий всех молекул, составляющих тело, определяемых через макропараметры - температуру и объем или температуру и давление.
Энтальпия - теплосодержание системы Я с внутренней энергией U, давлением Р и объемом V связана функцией:
Н ~ U + PV.
Гельмгольцева энергия (свободная энергия, изохорный потенциал) А, определяется через внутреннюю энергию U, энтропию S и температуру Т равенством:
А = U - TS.
Гиббсова энергия (изобарный потенциал) G определяется через энтальпию //, энтропию S и температуру Т равенством:
G = Н - TS.
В изотермическом равновесном процессе, происходящем при постоянном давлении, убыль гиббсовой энергии равна полной работе, производимой системой, за вычетом работы против внешнего давления, т.е. равна максимальной полезной работе.
Цикл Карно - обратимый круговой процесс, в котором совершается превращение теплоты в работу или работы в теплоту. Цикл состоит из последовательно чередующихся двух изотермических и двух адиабатных процессов. Впервые рассмотрен францусским ученым Н.Л.С.Карно (1824) как идеальный рабочий цикл теплового двигателя. Превращение теплоты в работу сопровождается переносом рабочим телом двигателя определенного количества теплоты от более нагретого тела (нагревателя) к менее нагретому (холодильнику) (рис. 10.1).
Рабочее тело, например пар в цилиндре под поршнем, при температуре Т1 приводится в соприкосновение с нагревателем, имеющим постоянную температуру Т{ и изотермически получает от него количество теплоты dQv при этом пар расширяется и совершает работу (АВ на рис. 10.1). Затем рабочее тело, расширяясь адиабатически (по адиабате ВС), охлаждается до температуры Тг При этой температуре, сжимаясь изотермически (отрезок CD), рабочее тело отдает количество теплоты (Q2) холодильнику с температурой Тг Завершается цикл адиабатным процессом (DA на рис. 10.1.), возвращающим рабочее тело в исходное состояние. При постоянной разности температур (Г, - Т2) между нагревателем и холодильником рабочее тело совершает за один цикл работу
dA=dQl-dQl=^-^dQi.
* 1
