Ingenieurs-termodinamika: Fundamente & Prinsipes
Die fundamentele beginsels van ingenieurswetenskap van termodinamika speel 'n belangrike rol in die beweging na 'n beter wêreld, deur die prestasie van die aanleg, toerusting en hul algehele ontwerp te verbeter.
Faktore wat krities is in die beoordeling van die prestasie van die toerusting sluit items in soos die uitset van die finale produk, verbruik van invoergrondstowwe, produksiekoste, en die beoordeling van die effek op die omgewing. Ingenieurs gebruik vandag die konsep van termodinamika om dinge te ondersoek en te herontdek wat vir menslike veiligheid en gemak bedoel is.
Die wetenskap van termodinamika bestaan sedert die 19de eeu. Sedertdien het wetenskaplikes en ingenieurs 'n voortdurende poging aangewend om dit so gebruiker-vriendelik moontlik te maak.
Fundamentele Beginsels van Termodinamika
Die woord termodinamika is afgelei van die Griekse woorde theme (beteken hitte) en dinamika (beteken krag). Ingenieursprofessionele is geïnteresseerd in die studie van stelsels en hul interaksie met hul omgewing.
Konsepte/Definisies wat in hierdie afdeling gebruik word, is nuttig vir lesers om die konsep van ingenieurswetenskap van termodinamika (soms verwys na as Hitte-Krag Ingenieurswese) te verstaan.
Stelsel, Omgewing en Universum
'n Stelsel is iets wat ons wil bestudeer en waarin ons geïnteresseerd is, dus die eerste stap is om presies die doel van die stelselstudie vas te stel. Die doel van die stelselstudie kan wees om die effektiwiteit van die stelsel te verbeter of om die verliese te verminder, ens. 'n Voorbeeld van 'n stelsel kan wees om die koelingssiklus in 'n koueopbergingsaanslag te analiseer of om die Rankine-siklus in 'n kragstasie te analiseer.
'n Stelsel word gedefinieer as 'n bepaalde massa van suiwer stof begrens deur 'n geslote of buigbare oppervlak; so ook kan die samestelling van materie binne die stelsel vasgestel of veranderbaar wees, afhangende van die siklus.
Stelseldimensies is nie noodwendig konstant (soos lug in 'n kompresor wat deur 'n piston gekompresseer word) nie, dit kan veranderbaar wees (soos 'n opgeblase baloon). Die materie wat buite die stelsel met die stelsel interakteer, word Omgewing genoem, en die Universum is die uitkoms van stelsel en omgewing.
Die element wat die stelsel van sy omgewing skei, word grens genoem. Die grens van die stelsel kan vas of in beweging wees.
Die interaksie tussen die stelsel en die omgewing vind plaas deur die grens oor te steek en speel dus 'n baie belangrike rol in termodinamika (d.w.s. hitte en krag ingenieurswese).
Tipes van Stelsels in Termodinamika
Daar is twee basiese tipes stelsels in termodinamika:
Geslote Stelsel of Kontrole Massa: is geassosieer met 'n bepaalde hoeveelheid materie. Anders as 'n oop stelsel, in 'n geslote stelsel, vind geen massa-oorgang van materie plaas oor die grens van die stelsel nie. Daar is ook 'n spesiale tipe geslote stelsel wat nie met die omgewing interakteer nie en self van die omgewing isoleer, genaamd 'n geïsoleerde stelsel.
Kontrole Volume (Oop Stelsel): Kontrole volume is beperk tot 'n streek van ruimte deur wat massa en energie kan vloei en die grens van die stelsel kan oorskry. Die grens van 'n oop stelsel word 'n kontroleoppervlak genoem; hierdie kontroleoppervlak kan werklik of onwerklik wees.
Voorbeelde van kontrole volume sluit in tipes toerusting wat die vloei van massa oor die grens van die stelsel behels, soos die vloei van water deur pompe, dampvloei in turbines en lugvloei deur lugkompressors.
Mikroskopiese Termodinamika
Die mikroskopiese benadering in termodinamika word ook statistiese termodinamika genoem en is geassosieer met die struktuur van materie en die doel van statistiese termodinamika is om die gemiddelde gedrag van die deeltjies wat die stelsel van belang saamstel, te karakteriseer en om hierdie inligting te gebruik om die makroskopiese gedrag van die stelsel te observeer.
Termodinamika Eienskappe, Toestande en Prosesse
Termodinamika Eienskappe
'n Termodinamika eienskap is 'n makroskopiese kenmerk van 'n stelsel. Die waarde van 'n eienskap kan op enige gegewe tydstip toegewys word sonder die kennis van die vorige waarde en sy gedrag.
Uitgebreide Eienskap
Eienskappe wat afhanklik is van massa word uitgebreide eienskappe genoem en sy waarde vir die algehele stelsel is die sommasie van sy waardes vir die dele waarin die stelsel verdeel is. Voorbeelde van uitgebreide eienskappe is Volume, Energie en Massa. Uitgebreide eienskappe hang af van die grootte van 'n stelsel en dit kan met tyd verander.
Intensive Eienskap
In teenstelling met die uitgebreide eienskap, is 'n intensive eienskap nie massa-afhanklik nie en nie additief in aard nie en hang nie af van die totale grootte van die stelsel nie. Dit kan by verskillende plekke binne die stelsel op enige oomblik varieer. Voorbeelde van intensive eienskappe is druk en temperatuur.
Termodinamika Toestand
'n Toestand word gedefinieer as die toestand van 'n stelsel wat die beste beskryf word deur sy eienskappe. Die massa ingesluit in 'n stelsel kan in 'n verskeidenheid unieke toestande gevind word, genaamd toestand. Daar is verbande tussen die eienskappe van 'n stelsel, maar die toestand kan gespesifiseer word deur die waarde van 'n subset van die eienskappe te gee.
Termodinamika Proses
Termodinamika prosesse is die omskakeling van een toestand na 'n ander toestand. As die waarde van die makroskopiese eienskap van die in 'n stelsel by twee verskillende tye identies is, dan word die stelsel gesê om op daardie tydstip in dieselfde toestand te wees. 'n Vaste toestand van die stelsel word bereik as geen van sy eienskappe met betrekking tot tyd verander nie.
Stelsel Evenwicht Siklus
'n termodinamika stelsel evenwichtsiklus is 'n opeenvolgende proses wat begin en eindig met die toestand van dieselfde toestand. Wanneer die siklus voltooi is, het al sy eienskappe dieselfde waarde as wat hulle was aan die begin. Al die siklusse wat gereeld herhaal, speel 'n belangrike rol in baie toepassingsgebiede, soos die sirkulasie van kondensaat in 'n termiese kragopwekkingsstasie wat 'n siklus uitvoer.
Werklike Stof
Teorie van materie is nuttig om die konsep van energie te verstaan. Materie staan bekend vir sy massa, volume en ruimte en ongeag sy struktuur en aard het dit sekere kenmerke soos konsekwentheid en betroubaarheid. Materie is gemaak van 'n groot aantal deeltjies genaamd molekules. Een kan materie van vaste, vloeibare of gasvormige stowwe regoor die wêreld vind.
In vaste materie is molekules naby mekaar en sterk gebonde en kan nie vrylik beweeg nie. Dus is 'n groot krag vereis om sy vorm te verander.
Molekules in 'n vloeibare materie is nie stevig gehou nie en dus is 'n baie klein krag voldoende om die molekules saam te hou.
In 'n gasvormige toestand beweeg molekules ewekansig en vry soos of dit in 'n ongebonden toestand is, dan beweeg dit baie vinnig ongeag sy agterliggende molekules. Kompressibiliteit is geassosieer met gasse, wat baie leë ruimtes het tussen die verbindende molekules. Energie is die rede vir materie om in verskillende fases te bestaan.
Suiwer Stof
Materiaal van solo chemiese struktuur of homogeniteit in variant chemiese struktuur word suiwer stowwe genoem. Materiaal kan in 'n enkele fase soos vloeistof bestaan of ook in meer as een fase in evenwigt met mekaar. 'n Eenvormige mengsel van gasse met soortgelyke chemiese samestelling word ook 'n suiwer stof genoem.
Die belangrikheid van suiwer stowwe lê in die bepaling van eienskappe van die werksmateriaal onder verskillende toestande van druk en temperatuur.
Voor
