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工程熱力學
(熱力學學科分支)
鎖定
- 中文名
- 工程熱力學
- 外文名
- Engineering Thermodynamics
- 歸 類
- 熱力學學科分支
工程熱力學基本任務
為此,必須以熱力學基本定律為依據,探討各種熱力過程的特性;研究氣體和液體的熱物理性質,以及蒸發和凝結等相變規律;研究工質特性也是分析某些類型製冷機所必需的。現代工程熱力學還包括諸如燃燒等化學反應過程,溶解吸收或解吸等物理化學過程,這就又涉及化學熱力學方面的基本知識。
工程熱力學研究內容
工程熱力學是關於熱現象的宏觀理論,研究的方法是宏觀的,它以歸納無數事實所得到的熱力學第一定律、熱力學第二定律和熱力學第三定律作為推理的基礎,通過物質的壓力 、温度、比容等宏觀參數和受熱、冷卻、膨脹、收縮等整體行為,對宏觀現象和熱力過程進行研究。
這種方法,把與物質內部結構有關的具體性質,當作宏觀真實存在的物性數據予以肯定,不需要對物質的微觀結構作任何假設,所以分析推理的結果具有高度的可靠性,而且條理清楚。這是它的獨特優點。
工程熱力學歷史發展
古代人類早就學會了取火和用火,不過後來才注意探究熱、冷現象的實質。但直到17世紀末,人們還不能正確區分温度和熱量這兩個基本概念的本質。在當時流行的“熱質説”統治下,人們誤認為物體的温度高是由於儲存的“熱質”數量多。1709~1714年華氏温標和1742~1745年攝氏温標的建立,才使測温有了公認的標準。隨後又發展了量熱技術,為科學地觀測熱現象提供了測試手段,使熱學走上了近代實驗科學的道路。
1798年,朗福德觀察到用鑽頭鑽炮筒時,消耗機械功的結果使鑽頭和筒身都升温。1799年,英國人戴維用兩塊冰相互摩擦致使表面融化,這顯然無法由“熱質説”得到解釋。1842年,邁爾提出了能量守恆理論,認定熱是能的一種形式,可與機械能互相轉化,並且從空氣的定壓比熱容與定容比熱容之差計算出熱功當量。
英國物理學家焦耳於1840年建立電熱當量的概念,1842年以後用不同方式實測了熱功當量。1850年,焦耳的實驗結果已使科學界徹底拋棄了“熱質説”。公認能量守恆、能的形式可以互換的熱力學第一定律為客觀的自然規律。能量單位焦耳就是以他的名字命名的。
熱力學的形成與當時的生產實踐迫切要求尋找合理的大型、高效熱機有關。1824年,法國人卡諾提出著名的卡諾定理,指明工作在給定温度範圍的熱機所能達到的效率極限,這實質上已經建立起熱力學第二定律。但受“熱質説”的影響,他的證明方法還有錯誤。1848年,英國工程師開爾文根據卡諾定理制定了熱力學温標。1850年和1851年,德國的克勞修斯和開爾文先後提出了熱力學第二定律,並在此基礎上重新證明了卡諾定理。
1850~1854年,克勞修斯根據卡諾定理提出並發展了熵的概念。熱力學第一定律和第二定律的確認,對於兩類“永動機”的不可能實現作出了科學的最後結論,正式形成了熱現象的宏觀理論熱力學。同時也形成了“工程熱力學”這門技術科學,它成為研究熱機工作原理的理論基礎,使內燃機、汽輪機、燃氣輪機和噴氣推進機等相繼取得迅速進展。
與此同時,在應用熱力學理論研究物質性質的過程中,還發展了熱力學的數學理論,找到了反映物質各種性質的相應的熱力學函數,研究了物質在相變、化學反應和溶液特性方面所遵循的各種規律 。1906年,德國的能斯脱在觀察低温現象和化學反應中發現熱定理;1912年,這個定理被修改成熱力學第三定律的表述形式。
- 參考資料
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- 1. 工程熱力學 .清華大學出版社[引用日期2015-05-19]
- 2. 工程熱力學的歷史發展 .清波環保[引用日期2015-05-19]