Termotehnică și mecanica fluidelor

1. Noţiuni generale

1.1. Mărimi şi unităţi de măsură

O mărime cuprinde o latură cantitativă - valoarea şi una calitativă - unitatea de măsură, din punct de vedere matematic aceasta exprimându-se sub forma:

Sistemul Internaţional de unităţi de măsură

Prima clasă:

Unităţile funda-mentale:

în număr de şapte,

sunt bine definite

conside-rate inde-pendente din punct de vede-re dimen-sional

A doua clasă:Unităţile de măsură derivate

sunt formate pe baza unor relaţii algebrice care conţin numai operaţii simple de înmulţire şi/sau împărţire

A treia clasă: unităţile suplimentare: radianul şi steradianul

Unităţile SI cuprinse în aceste trei clase formează un ansamblu coerent de unităţi, denumite unităţi SI, adică un sistem de unităţi legate între ele prin reguli de înmulţire şi împărţire, fără vreun factor numeric.

Atmosferă normală (fizică): prin rezoluţia 4 a celei de-a X-a CGPM (1954) aceasta rămâne admisă pentru:

presiunea de referinţă care defineşte starea normală fizică:

pN = 101325 Pa.

temperatura normală corespunzătoare punctului 0 al scării Celsius:

TN = 273,15 K.

Transformarea în grade absolute a temperaturii exprimate în grade Celsius, Reaumur şi Fahrenheit este:

Transformarea relaţiilor la schimbarea unităţilor de măsură

Ecuaţia dimensională a unei mărimi poate fi utilizată pentru verificarea omogenităţii dimensionale (verificarea rezultatului unui calcul algebric) sau pentru stabilirea relaţiei de transformare a valorii unei mărimi la schimbarea uni­tăţii de măsură

Se recomandă ca toate calculele să fie realizate în SI deoarece, aşa cum s-a menţionat, acesta este un sistem coerent

În relaţiile ce leagă între ele mărimi cu diferite dimensiuni în care cel puţin una este exprimată în unităţi aparţinând altor sisteme, trecerea la SI se face prin înlocuirea simbolurilor unităţilor mărimilor fizice cu simbolurile unităţilor SI corespunzătoare aceloraşi mărimi înmulţite cu factorii de conversiune în SI.

1.2. Obiectul termotehnicii

Termodinamica este unul dintre capitolele fundamentale ale fizicii care studiază proprietăţile termice ale corpurilor în condiţii de echilibru energetic precum şi procesele care conduc la stabilirea stărilor de echilibru.

Termotehnica este disciplina care studiază procesele ce se desfăşoară în maşinile şi instalaţiile termice, procese în care transferul energetic între corpuri se face sub formă de căldură şi lucru mecanic. Ea cuprinde două capitole esenţiale:

Termodinamica tehnică are ca obiect de interes maşinile şi instalaţiile termice (şi nu corpurile în general).

Termocinetica se ocupă cu studiul transferului de căldură şi de masă

1.2. Sistem termodinamic

Mai multe corpuri cu proprietăţi diferite, care se găsesc în interacţiune mecanică şi termică formează un sistem termodinamic.

Delimitarea sistemului se face prin suprafeţe de control (reale sau imaginare).

Sistemul poate schimba energie cu mediul exterior, de interes fiind transferul de energie sub formă de lucru mecanic şi căldură.

După legătura cu mediul înconjurător sistemele se clasifică în:

sisteme închise ale căror graniţe sunt impenetrabile pentru materie (deci nu au transfer de materie cu mediul înconjurător); acestea pot fi:

sisteme izolate în care orice interacţiune cu mediul ambiant este imposibilă (atât transferul de căldură cât şi de lucru mecanic);

sisteme neizolate la care transferul de căldură sau de lucru mecanic este permis; acestea pot fi:

sisteme rigide la care este permis numai transferul de căldură;

sisteme adiabate la care este permis doar transferul de lucru mecanic.

sisteme deschise la care este permis transferul de substanţă între sistem şi mediul înconjurător; acestea pot fi adiabate sau rigide.

1.3. Parametri de stare, funcţii de stare,

Starea unui sistem termodinamic se poate determina prin măsurarea unor mărimi fizice caracteristice (puţine la număr). Totalitatea mărimilor care pot preciza starea unui sistem la un moment dat se numesc parametri de stare.

Funcţiile de stare sunt proprietăţi caracteristice ale sistemului termodinamic aflat într-o stare dată, care sunt funcţii de parametrii de stare. Ansamblul parametrilor de stare şi al funcţiilor de stare constituie mărimile de stare ale sistemului.

Un sistem termodinamic se află într-o stare de echilibru dacă mărimile sale de stare nu se schimbă atunci când îl izolăm de acţiunile mediului exterior (de la această izolare se exclud câmpurile de forţe externe, ca de exemplu câmpul gravitaţional).

1.4. Proces termodinamic, mărimi de proces

Proces termodinamic: trecerea unui sistem dintr-o stare în alta.

Este caracterizat de mărimile de proces (de exemplu căldura şi lucrul mecanic transferate între sistem şi mediul înconjurător).

Mărimile de proces depind de natura procesului pe care îl parcurge sistemul, pe când mărimile de stare depind numai de starea sistemului la un moment dat.