Termotehnică și mașini termice

1. NOTIUNI GENERALE DE TERMODINAMICA

Termotehnica s-a dezvoltat în prima jumatate a secolului XIX – ca urmare a studierii

masinilor de forta cu aburi si a fenomenelor termice ce au loc în natura. Practic, se ocupa cu

producerea, transportul, transformarea si utilizarea caldurii în masini si instalatii termice, precum si

cu studierea proceselor care au loc în aceste instalatii, procese care se produc cu schimburi de

energie.

Termodinamica studiaza proprietatile termice ale corpurilor în conditii de echilibru

energetic, precum si procesele care conduc la stabilirea starilor de echilibru.

Termotehnica reprezinta deci, aplicarea termodinamicii în tehnica, studiul fenomenelor

facându-se cu ajutorul legilor generale ale termodinamicii.

Legile generale care stau la baza termodinamicii sunt reprezentate de:

¦ principiul zero al termodinamicii, care stabileste conditiile de echilibru termic

între mai multe sisteme care interactioneaza;

¦ principiul întîi al termodinamicii, care exprima echivalenta formelor de energie si

conservarea acesteia;

¦ principiul al doilea al termodinamicii, care precizeaza sensul spontan de

transformare a energiei si entropiei sistemelor;

¦ principiul al treilea al termodinamicii, care enunta imposibilitatea atingerii

punctului de zero absolut (anularea entropiei la temperatura de zero absolut).

1.1. Sistem termodinamic

Studiul termodinamic al unui corp ia în considerare corpul izolat fata de mediul exterior.

Sistemul termodinamic este compus din mai multe corpuri termodinamice având un numar

foarte mare, dar finit, de particule cu proprietati diferite, aflate în interactiune mecanica sau

termica. Limitele sistemului termodinamic pot fi pereti solizi (peretii unei masini termice), sau

suprafete imaginare (suprafete perpendiculare pe axa unei conducte prin care circula un fluid).

Ansamblul corpurilor din afara limitelor constituie mediul exterior.

Sistemele termodinamice se clasifica în:

- omogene - sunt sistemele în interiorul carora proprietatile variaza continuu de la un loc

la altul (de exemplu amestecurile de gaze, solutiile lichide si solide, etc.);

- eterogene- sunt sistemele formate din mai multe corpuri omogene din punct de vedere

fizic, astfel ca, în interiorul acestor sisteme exista discontinuitati în variatia proprietatilor

(de exemplu sistemele formate din apa si gheata sau apa si vapori, etc.).

Dupa proprietatile limitelor sistemului se deosebesc :

- sistem termodinamic închis când nu exista transport de substanta între sistem si mediul

exterior; masa sistemului ramâne constanta chiar daca se schimba volumul, presiunea

sau temperatura (de exemplu un gaz închis într-un cilindru);

- sistem termodinamic deschis la care anumite parti ale limitelor sunt suprafete

imaginare, curenti de substanta putând patrunde sau parasi sistemul (de exemplu un

curent de fluid care curge printr-o turbina).

În functie de schimbul de energie dintre sistem si mediul exterior se deosebesc:

- sistem termodinamic izolat care nu schimba cu mediul exterior nici caldura si nici lucru

mecanic;

- sistem termodinamic rigid daca între ele si mediul exterior are loc numai schimb de

caldura dar nu si de lucru mecanic;

- sistem termodinamic adiabat în cazul în care nu are loc schimb de caldura, sistemul

schimbând doar lucru mecanic.

1.2. Stare de echilibru termodinamic

Starea energetica a unui sistem termodinamic este determinata prin natura, masa si

energia corpurilor componente, de conditiile lui interioare si de cele ale mediului exterior.

Starea de echilibru termodinamic a unui sistem este atunci când, aflându-se în conditii

exterioare invariabile (presiune, temperatura), conditiile lui interioare nu se modifica, adica

proprietatile macrofizice ale sistemului ramân constante în timp.

Conditiile starii de echilibru termodinamic sunt exprimate prin doua postulate fundamentale,

astfel:

Postulatul I al termodinamicii denumit si postulatul general al termodinamicii – un sistem

izolat ajunge întotdeauna în timp, într-o stare de echilibru termodinamic intern si nu poate iesi din

aceasta stare de la sine (fara modificarea parametrilor de stare externi);

Postulatul al doilea al termodinamicii denumit si principiul zero al termodinamicii. Acest

postulat precizeaza proprietatile sistemului aflat în stare de echilibru termodinamic.

O prima formulare generala a acestui postulat este:

Orice marime de stare a unui sistem aflat în conditii de echilibru termodinamic poate fi

determinata în functie de parametrii de stare externi ai sistemului si de o marime ce caracterizeaza

starea interioara a sistemului, numita temperatura.

O alta formulare a postulatului al doilea al termodinamicii este:

Doua sisteme termodinamice aflate în echilibru termic cu al treilea sistem, se gasesc în

echilibru termic între ele.