Fundamental concepts from thermodynamics
In the transfer processes we seek the relationships between fluxes and field intensities in terms of field properties, physical properties of the transfer media, and the dimensions of space and time. Thermodynamics deals with energy quantities which are transferred during the processes - work and heat. Its principles and laws apply to all fields of engineering. This chapter sets forth some fundamental concepts necessary for subsequent study of the transfer processes, unifying the definitions and symbols of thermodynamics and the rate processes.
In its broadest sense the science of thermodynamics considers thee conversion and transfer of energy. Classical, or macroscopic, thermodynamics is based upon man's observations. Its laws were developed inductively. No observable violations have occurred. Media are viewer from a continuum standpoint. Probabilistic, or microscopic, thermodynamics is based upon the interactions of molecules and the probability of their behaving in accordance with a set of laws which are identical to those developed in the classical approach. The two approaches are complementary in that the microscopic viewpoint describes fundamental behavior while the macroscopic viewpoint guarantees repeatability.
Equilibrium. Thermodynamics is based upon an equilibrium condition or a series of equilibrium states. Equilibrium is that state which is characterized by no change. In the preceding chapter we noted that change occurs when the field intensity - any field intensity - varies throughout a region. Therefore, for equilibrium the intensity of all fields must be identical; no potential gradient can exist. System and control volume. A thermodynamic system is a fixed quantity of matter. It does not vary in mass or identity. Everything outside the system is termed the surroundings. The system and surroundings are separated by boundaries. Consider, for example, filling an automobile gasoline tank from a large tank truck. We may define the system as that amount of gasoline which will be transferred into the smaller tank.
The thermodynamics problem then becomes that of determining what happens to the gasoline between the initial equilibrium state and the final equilibrium; it is a "book-keeping process" of tabulating observable quantities initially and finally.
An alternative method of solving the same problem involves focusing attention on a fixed region in space, say the automobile tank. The fixed region is the control surface (analogous to the system boundary) and observing the gasoline as it crosses.
All thermodynamic problems can be solved by using one of these two concepts, control volume or system. We shall use whichever is more convenient in any given problem. In some cases it will be more feasible to think in terms of a deformable control volume, typified by a balloon. At this point the student should ponder the analogy between the sulerian method of describing field properties and the thermodynamic concept of the control volume.
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПОНЯТИЯ ОТ ТЕРМОДИНАМИКИ
В процессах переноса мы ищем отношения между потоками и полевой интенсивностью с точки зрения полевых свойств, физических свойств СМИ передачи и пространственных измерений и время. Термодинамика имеет дело с энергетическими количествами, которые переданы во время процессов - работа и тепло. Его принципы и законы относятся ко всем областям разработки. Эта глава формулирует некоторые фундаментальные понятия, необходимые для последующего исследования процессов переноса, объединяя определения и символы термодинамики и процессов уровня.
В его самом широком смысле наука о термодинамике считает тебя преобразованием и передачей энергии. Классическая, или макроскопическая, термодинамика основана на наблюдениях человека. Его законы были разработаны индуктивно. Никакие заметные нарушения не произошли. СМИ - зритель с точки зрения континуума. Вероятностная, или микроскопическая, термодинамика основана на взаимодействиях молекул и вероятности их поведения в соответствии с рядом законов, которые идентичны развитым в классическом подходе. Два подхода дополнительны в этом, микроскопическая точка зрения описывает фундаментальное поведение, в то время как макроскопическая точка зрения гарантирует воспроизводимость.
Равновесие. Термодинамика основана на условии равновесия или серии состояний равновесия. Равновесие состоит в том, что государство, которое не характеризуется никаким изменением. В предыдущей главе мы обратили внимание на те изменения, происходит, когда полевая интенсивность - любая полевая интенсивность - варьируется всюду по региону. Поэтому для равновесия интенсивность всех областей должна быть идентичной; никакой потенциальный градиент не может существовать. Система и объем контроля. Термодинамическая система - фиксированное количество вопроса. Это не варьируется по массе или идентичности. Все вне системы называют средой. Система и среда отделены границами. Рассмотрите, например, наполнив автомобильный бензобак от большой автоцистерны. Мы можем определить систему как то количество бензина, который будет передан в бак меньшего размера.
Проблема термодинамики тогда становится проблемой определения, что происходит с бензином между начальным состоянием равновесия и заключительным равновесием; это - «бухгалтерский процесс» сведения в таблицу заметных количеств первоначально и наконец.
Альтернативный метод решения той же самой проблемы включает сосредотачивающее внимание на фиксированном регионе в космосе, скажите бензобак автомобиля. Фиксированный регион - поверхность контроля (аналогичный системной границе) и наблюдение бензина, поскольку это пересекается.
Все термодинамические проблемы могут быть решены при помощи одного из этих двух понятий, объема контроля или системы. Мы будем использовать, какой бы ни более удобно в любой данной проблеме. В некоторых случаях будет более выполнимо думать с точки зрения непрочного объема контроля, символизированного воздушным шаром. В этом пункте студент должен обдумать аналогию между sulerian методом описания полевых свойств и термодинамическим понятием объема контроля.