Материал: Васильева ИА ТЕРМОДИНАМИКА характеристические функции
Комплекс |
CV |
= |
1 |
<1 всегда, поэтому адиабатная сжимаемость |
|
Cp |
|
k |
|
вещества по своей абсолютной величине всегда меньше его изотермической сжимаемости
∂V |
|
|
< |
|
∂V |
|
. |
|
|
|
|
||||
∂p |
|
S |
|
|
∂p |
|
T |
|
|
|
|
|
|
Это свойство является универсальным для всех веществ: нормальных веществ и аномальных. Любопытно, что у нормальных веществ адиабатное сжатие, согласно (1-110), сопровождается ростом температуры, а у аномальных веществ адиабатное сжатие жидкой фазы приводит к понижению температуры. И несмотря на это, в адиабатных условиях система
всегда проявляет большую упругость |
|
∂p |
, чем в изотермических. Такая |
|
|
|
|
||
|
||||
|
|
∂V S |
|
|
универсальная особенность веществ может быть объяснена следующим образом. При адиабатном сжатии работа, которую производит среда, полностью расходуется на увеличение внутренней энергии системы, а при изотермическом сжатии часть этой работы преобразуется в теплоту, то возникает теплообмен, уменьшающий сопротивляемость системы механическому воздействию.
А теперь рассмотрим в качестве примера идеальный газ и получим для него уравнение адиабаты.
В частности, можно воспользоваться уравнением адиабаты (1-113) и
|
|
|
|
|
∂V |
|
= −V . |
|
|
учесть, что у идеального газа |
|
|
|||||||
Тогда из (1-113) |
|
∂p |
T |
p |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||
|
∂V |
С |
V |
иначе |
|
dp |
= −k |
dV |
, |
|
|
= − V |
|
|
|
|
|||
|
∂p S |
Cp |
p |
|
|
p |
|
V |
|
откуда после интегрирования при k=Cр/CV=const получаем искомое |
|
уравнение адиабаты идеального газа |
|
p∙Vk=const. |
(1-114) |
Уравнение (1-114) известно в литературе как уравнение Пуассона. Привлекая уравнение состояния идеального газа (p∙V = R∙T), можно
получить два дополнительных варианта уравнения Пуассона |
|
|
T V k −1 = const , |
(1-115) |
|
T p− |
k −1 |
|
k = const . |
(1-116) |
|
Уравнение Пуассона широко используется при анализе газовых процессов. Однако нельзя забывать, что оно является частным, т.к. получено при условии k=const.
40
Литература
а) основная литература:
1.А.И. Ансельм Основы статистической физики и термодинамики. – СПб.:
изд. «Лань», 2007.- 448с.
2.Е.С. Платунов Физика. Т.2. Молекулярная физика и термодинамика: Учебное пособие, 2-е издание, перераб. и доп. – СПб.: СПбГУНиПТ, 2005. –
278с.
3.И.П.Базаров Термодинамика. Учебник. – 5-е изд., стер. – СПб.: Лань,
2010.- 377 с.
б) дополнительная литература:
4.М.А. Леонтович Введение в термодинамику. Статистическая
физика. - СПб.: изд. «Лань», 2008.- 432с.
5.Ю.И. Тюрин, И.П. Чернов, Ю.Ю. Крючков Физика. Молекулярная физика. Термодинамика.- СПб.: изд. «Лань», 2008.- 228с.
6.В.Ф. Леонова Термодинамика. –М.: Изд-во «Высшая школа», 1968.-
158с.
41
Миссия университета – генерация передовых знаний, внедрение инновационных разработок и подготовка элитных кадров, способных действовать в условиях быстро меняющегося мира и обеспечивать опережающее развитие науки, технологий и других областей для содействия решению актуальных задач.
КАФЕДРА КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕПЛОФИЗИКИ И ЭНЕРГОФИЗИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА
Начало теплофизической научной школы в университете было положено организацией в 1938 году кафедры приборов теплосилового контроля, заведующим которой стал профессор, доктор технических наук Г.М.Кондратьев (1887-1958). В 1954 году вышла в свет его монография «Регулярный тепловой режим». Изложенные в ней идеи впоследствии были успешно применены в различных областях, например, при создании нового типа приборов для исследования теплофизических свойств веществ и параметров теплообмена. В начале 50-х годов началась разработка методов теплового расчета радиоэлектронных устройств, а в дальнейшем и других приборов – оптических, оптикоэлектронных, гироскопических. Серия этих работ была выполнена под руководством Заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, профессора, доктора технических наук Дульнева Г.Н., возглавлявшего кафедру с 1958 года по 1995 год. В результате был создан новый математический аппарат анализа теплового режима сложных технических систем и приборов, разработаны методы проектирования приборов с заданным тепловым режимом. Комплекс этих работ признается и в нашей стране, и за рубежом как новое научное направление в теплофизике. Кафедра приборов теплосилового контроля за свою многолетнюю историю не раз изменяла свое название. Так, с 1947 года она именовалась кафедрой тепловых и контрольно-измерительных приборов, с 1965 года – кафедрой теплофизики, с 1991 года – кафедрой компьютерной теплофизики и энергофизического мониторинга. Однако основным направлением ее научной и педагогической деятельности оставалось применение учения о теплообмене в физике и приборостроении. С 1995 года заведующим кафедрой является профессор, доктор технических наук А.В.Шарков.
Многолетняя деятельность кафедры привела к созданию научной и педагогической школы теплофизиков-приборостроителей, из которой вышли доктора наук А.Н.Гордов, А.И.Лазарев, Г.Н.Дульнев, Б.Н.Олейник, Е.С.Платунов, Н.А.Ярышев, В.Н.Васильев, Ю.П.Заричняк, А.В.Шарков и другие ученые-теплофизики.
Сотрудники кафедры принимали участие в разработке нового поколения вычислительных машин, исследовании термооптических явлений в космических комплексах, в реализации
42
международных программ космических исследований. Так, предложенные на кафедре методы были использованы при проектировании телевизионных камер космических аппаратов в проекте «ВЕГА», при создании лазерного устройства в проекте «ФОБОС». Возможности разработанных на кафедре методов математического моделирования тепловых процессов в сложных системах и технике теплофизического эксперимента были продемонстрированы при анализе процессов теплообмена в организме человека; при создании электрогенераторов, работа которых использует явления сверхпроводимости; при создании оригинальных образцов оборонной, медицинской и измерительной техники.
Врамках традиционных направлений развиваются работы по созданию методов и приборов для измерения температуры, тепловых потоков, теплофизических свойств веществ, исследования коэффициентов переноса в неоднородных средах, а также работы по созданию принципиально новых композиционных материалов – особо прочных, термостойких, теплоизоляционных и т.д.
Впоследние годы наряду с традиционными научными направлениями появился ряд новых направлений, связанных с экологическим мониторингом, энергосберегающими технологиями, биологией и медицинским теплофизическим приборостроением. На базе ведущихся на кафедре научных исследований осуществляется обучение молодых специалистов, первый выпуск которых по специальности «Теплофизика» состоялся в 1969 году. В 1998 году кафедра получила также право обучения по новому для нашего университета направлению – «Техническая физика». В июне 1998 года состоялся первый выпуск бакалавров, а в 2000 году – магистров.
На кафедре ведется подготовка научных кадров высшей квалификации в аспирантуре и докторантуре по специальностям 01.04.14 – «Теплофизика и теоретическая теплотехника» и 05.11.01 «Приборы и методы измерения тепловых величин». Сейчас коллектив кафедры продолжает развитие как ставших уже традиционными научных направлений и направлений подготовки специалистов, так и ведет поиск в новых областях науки и техники.
43
Васильева Ирина Александровна Волков Дмитрий Павлович Заричняк Юрий Петрович
ТЕРМОДИНАМИКА
ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ
Учебное пособие
В авторской редакции Редакционно-издательский отдел Университета ИТМО
Зав. РИО Н.Ф. Гусарова Подписано к печати Заказ № Тираж
Отпечатано на ризографе