Термодинамика — раздел физики, изучающий соотношения и превращения теплоты и других форм энергии. В отдельные дисциплины выделились химическая термодинамика, изучающая физико-химические превращения, связанные с выделением или поглощением тепла, а также теплотехника.
В термодинамике имеют дело не с отдельными молекулами, а с макроскопическими телами, состоящими из огромного числа частиц. Эти тела называются термодинамическими системами. В термодинамике тепловые явления описываются макроскопическими величинами — давление, температура, объём, которые не применимы к отдельным молекулам и атомам.
В теоретической физике наряду с феноменологической термодинамикой, изучающей феноменологию тепловых процессов, выделяют термодинамику статистическую, которая была создана для механического обоснования термодинамики и была одним из первых разделов статистической физики.
Классическая термодинамика состоит из разделов:
Главные законы термодинамики (иногда также называемые началами).
Уравнения состояния и прочие свойства простых термодинамических систем (идеальный газ, реальный газ, диэлектрики и магнетики и т. д.)
Равновесные процессы с простыми системами, термодинамические циклы.
Неравновесные процессы и закон неубывания энтропии.
Термодинамические фазы и фазовые переходы.
Кроме этого, современная термодинамика включает также следующие направления:
- строгая математическая формулировка термодинамики на основе выпуклого анализа;
- неэкстенсивная термодинамика;
- применение термодинамики к нестандартным системам.
1. Изотермический процесс
Изотермический процесс — термодинамический процесс, происходящий вфизической системе при постоянной температуре.
[pic]
Несколько изотерм для идеального газа нa p-V диаграмме
Для осуществления изотермического процесса систему обычно помещают в термостат (массивное тело, находящееся в тепловом равновесии), теплопроводность которого велика, так что теплообмен с системой происходит достаточно быстро по сравнению со скоростью протекания процесса и температура системы в любой момент практически не отличается от температуры термостата. Можно осуществить изотермический процесс иначе — с применением источников или стоков тепла, контролируя постоянство температуры с помощью термометров. К изотермическим процессам относятся, например, кипение жидкости или плавление твёрдого тела при постоянном давлении. В идеальном газе при изотермическом процессе произведение давления на объём постоянно (закон Бойля-Мариотта).
Первое начало термодинамики
... его внутренней энергии. Изотермический процесс Температура газа не изменяется: Ф = const. Следовательно, ДT = 0 и ДU = 0. Первое начало термодинамики будет имеет вид: Q=A. При изотермическом процессе вся энергия, сообщаемая газу путем теплообмена, идет на совершение газом работы. ...
При изотермическом процессе системе, вообще говоря, сообщается определённое количество теплоты (или она отдаёт теплоту) и совершается внешняя работа. Альтернативный процесс, при котором теплообмен с окружающей средой отсутствует (термодинамическая система находится в энергетическом равновесии — система не поглощает и не выделяет тепло), называется адиабатическим процессом.
2. Газовые смеси
Газовые смеси — их применение в бизнесе достаточно широко. Но основных областей 3: специальные газовые смеси для сварки, которые успешно конкурируют с традиционными смесями по цене/эффективности, газовые смеси для хранения продуктов и поверочные газовые смеси. ООО Артон реализует на данный момент только специальные газовые смеси для сварки.
Основное о газовых смесях
Технические газовые смеси предназначены для градуировки, аттестации, поверки средств измерений содержания компонентов в газовых средах, аттестации методик выполнения измерений, для контроля правильности результатов измерений. Поверочные газовые смеси получают путем смешивания чистых газов в заданныхсоотношениях. Технические газовые смеси применяются для различных производственных и научных целей, в том числе для сварки (сварочные смеси) и в пищевой промышленности («банановый газ»).
Производство газовых смесей осуществляется методом парциальных давлений. Свойства газовых смесей определяются их компонентным составом.
Упаковочные газовые смеси
Для упаковки овощей, фруктов, мяса, рыбы, кулинарных, хлебобулочных, кондитерских изделий и других пищевых продуктов в странах Западной Европы и США уже более 20 лет используют герметичные упаковки с регулируемым и модифицированным составом газовой среды.
Около 90% из того, что у нас упаковывается под вакуумом, в европейских странах помещается в упаковки с модифицированной газовой средой. Если сделать поправку на особенности западной логистики и схем реализации готовой продукции, учесть пока еще высокую стоимость технологий и соответствующих машин, можно сделать вывод, что у российского рынка все впереди. Вместе с тем уже сейчас интерес отечественных производителей к технологиям упаковки при помощи газовых смесей неуклонно растет.
Есть два основных способа продлить сроки хранения продуктов — применить упаковку под вакуумом либо упаковку с созданной внутри модифицированной газовой средой (МГС).
Если упростить технологии до подобия схемы, можно сказать, что в первом случае из пакета или пленки, куда помещен ваш продукт, откачивается воздух с последующим запаиванием швов. При создании МГС сразу после удаления воздуха упаковку заполняют смесью определенных газов, а затем заделывают швы. Специально подобранный состав газовой смеси позволяет затормозить деградационные процессы в продукте и сохранить его натуральные свойства. Хотя упаковка в МГС дороже, чем использование вакуума, преимущества первой очевидны. Газовые смеси не деформируют и не сжимают продукт, что важно при упаковке многих мясных продуктов, свежего хлеба, пресервов, готовых блюд, полуфабрикатов. Сегодня отечественныепроизводители упаковывают в МГС преимущественно мясные продукты, и готовые блюда. По популярности на первом месте идет упаковка готовых мясных изделий, далее — упаковка сыров. Что касается упаковки готовых блюд, сырого мяса, то предприятия пока только присматриваются к технологиям.
Упаковка товаров
... продукции и окружающей среды от повреждений и потерь и облегчающих процесс транспортирования, хранения и реализации продукции. Большинство товаров, транспортируют, хранят и отпускают потребителю в упаковке. Упаковка ... защитная функция, представление информации о продукте - информативная функция, представление самого продукта потребителю - репрезентативная функция и, наконец, четвертая функция - ...
При упаковке многих продуктов можно избежать присутствия в МГС кислорода, ответственного за процессы окисления и прогоркности жиров, а также порчи продуктов в результате роста анаэробных бактерий. Однако бывают случаи, когда рекомендуется, чтобы содержание в упаковках кислорода, участвующего, например, в энзиматическом окислении свежего мяса, было достаточно высоким. Сохранение ярко-красного цвета говядины, ассоциируемого с ее свежестью, и являющегося следствием окисления миоглобина пурпурно-красного цвета, характерного для свежего мяса, и появления оксимиоглобина, требует высокой концентрации О2в упаковке. Входящий в реакцию кислород расходуется, и его количество в упаковке уменьшается. В системе МГС особенно важен правильный выбор доли кислорода в смеси. Пищевые продукты можно условно разделить на две группы: (с биохимической метаболической активностью) и (приготовленные блюда, пасты и др.).
В зависимости от этого рекомендуют условия хранения продукта и состав МГС.
Опыты показывают, что оптимальный состав газовой среды для разной свежей продукции индивидуален, но необходимо соблюдать соотношение Рсо2/Ро2>1,6, которое зависит от типа продукта.
Пищевые газовые смеси
Пищевые газовые смеси разработаны для увеличения срока хранения продуктов, создания стерильной среды в упаковке, без изпользования ядовитых и опасных для жизни человека химикатов. Улучшения достигаются применением упаковочных машин с системой газации и правильно подобранных газовых смесей.
Лабораторные опыты и практика показывает, что газы очищенные от примесей и соединений, способны воздействовать на продукты питания и бактериальную флору без каких либо дорогостоящихстерилизационных или консервационных химикатов, дающих не самые высокие результаты и в последствии пагубно действующие на организм человека.
Комбинации газов (газовые смеси) в упаковке способны предотвращать развитие бактерий и создавая среду против окисления жиров, имеют антибактериальные и антисептические свойства, которые не дают возможности размножатся бактериям и убивают их, к примеру, есть возможность эффективно бороться с аэробными бактериями (Salmonella, Clostridium Butuliun, Moraxella или Acinobacter), также газы противодействуют развитию плесени и снижают уровень pH в среде упакованного продукта. Некоторые комбинации газов с успехом применяются для стимуляции скорости роста цветов, овощей и фруктов в тепличных условиях.
Пищевые газовые смеси более высоко-технологичны и эффективны по сравнению с термоупаковкой или газацией одним газом. Разные продукты будь то мясо, сыр, овощи, сладости имеют много индивидуальных свойств, что влияет на подбор компонентов смеси под конкретный продукт. Учитывая наш богатый опыт и лидирующее место в создании смесей для пищевой промышленности, мы создаём смеси, которые обеспечат оптимальные условия для Ваших продуктов питания. Сохранят все качества и свойства упакованных продуктов, помогут решить задачи увеличения дальности транспортировки.
Сварочные газовые смеси
Являясь прогрессивной технологией, сварка в защитных газовых смесях широко используется всеми ведущими западными и многими отечественными производителями, начиная от мелких бытовых изделий до огромных металлоконструкций, и часто служат показательным фактором для заказчиков и инвесторов.
Взаимные превращения жидкостей и газов. Твердые тела
... По условию кипения имеем: P НАС. +PВОЗДУХА PАТМ. + ρgh+PП.Н. ρ жидкость Температура T К , при которой исчезает различие между жидкостью и ... в качестве материала для доказательства основных положений молекулярной физики. Второе ... 120331 21 16 .. фундамента. 59 ... вещества из одного состояния в другое и свойствами твердых тел. Дать определения по-нятий: испарение, конденсация, насыщенный пар, ...
Использование газовых смесей является важным шагом в сварочном производстве, который зачастую позволяет быстрее и проще осуществить заказы клиентов. Уникальные способности сварочных смесей проявляются и в том, что отличные результаты сварки могут быть получены даже рабочими средней квалификации. Новички скорее достигают профессионального уровня работы.Использование защитных сварочных смесей вместо традиционной углекислоты, разрешает без изменения технологии и оснащения значительно увеличить скорость сварки. Это обеспечивается за счет повышения стабильности дуги, улучшения текучести и нагнетания металла в сварочною ванну. Повышая надежность и качество сварочного шва. Рабочий диапазон регулирования режимов сварки, как по напряжению, так и по току существенно расширяются. Например, скорость подачи провода может быть увеличена с 6-7 до 12-14 м/мин. На практике, в смесях легко реализуется переход к режиму струйного переноса. При этом обеспечивается практически идеальная форма сварочного шва. Благодаря снижению давления дуги на сварочною ванную резко уменьшается риск прожига тонкостенных деталей даже при работе на больших токах и скоростях.
Применение защитной смеси рядовому потребителю выгодно, если цена смеси за баллон дороже традиционной углекислоты. Применение газовых смесей для полуавтоматической сварки разрешает в большинстве случаев, вне улучшения технических аспектов сварки, существенно снизить общие затраты на сварку. Это не парадокс, а следствие реальных преимуществ смесей.
С объективной точки зрения, при выборе типа защитных смесей и анализа связанных с этим затрат, необходимо сравнить общие затраты на сварку на изделие или погонный метр сварочного шва. Поэтому надо учитывать стоимость защитного газа, сварочного провода, трудозатраты на очистительные работы и собственно на саму сварку. При больших объемах работ необходимо также учитывать расход электроэнергии, износ техники, защитных приспособлений, спецодежды и прочее.
В полуавтоматической сварки судьба затрат на защитный газ в общем объеме затрат не превышает 5-10%, в то время как на сварочный провод, например, приходится больше половины всех затрат на сварку. Известно, что применение сертифицированных сварочных смесей резко снижает ( иногда даже приводит к полному отсутствию) количества брызгметалла при сварке и разрешает обеспечить в сравнении с чистой углекислотой более гладкий и плоский профиль сварочного шва. Благодаря этому обеспечивается значительная ( до 15-25% ) экономия дророгостоящего сварочного провода, а также возможное сокращение затрат на очистительные работы. Возможность увеличения скорости сварки и другие преимущества смесей обеспечивают снижение трудозатрат на сварочные работы.
Есть и другие аспекты экономии затрат на сварку, которые проявляются при использовании смесей. Практическими опытами доказано, что даже при огромной разнице в цене на смесь и углекислоту, применение сварочных смесей не только окупается, а также дает положительный экономический эффект. Безусловно, конкретные цифры затрат и экономии разные для всех предприятий и зависят от многих факторов. Тем не менее, они могут быть легко замерены объективными и доступными средствами на любом рабочем месте. Смеси разрешают снизить затраты на сварку и обеспечить высокую рентабельность производства.
Назначение и область применения полуавтоматической сварки под флюсом
... позволяли значительно повысить производительность сварки по сравнению с ручной сваркой, поэтому шланговые полуавтоматы, хотя и были известны, не находили применения. Созданию практически пригодного шлангового полуавтомата способствовал переход к способу ...
Медицинские газовые смеси
В зависимости от физико-химических свойств кислорода и различных сочетаний инертных газов в смесях, а также методов их применения появляется возможность целенаправленно воздействовать на разные уровни регуляции жизненно важных функций организма.
Специальные смеси кислорода и инертных газов (гелия, аргона, криптона, ксенона) проявляют физиологическую активность в условиях нормального барометрического давления и могут найти широкое применение в качестве новых немедикаментозных средств оздоровительного и лечебного воздействия на организм человека.
Достижения последних десятилетий в области гипербарической физиологии и водолазной медицины показывают, что при разработке новых методов и средств дыхания искусственными газовыми смесями открывается возможность целенаправленного применения физико-химических свойств и физиологического действия на организм дыхательных газовых смесей на основеиндифферентных газов разбавителей кислорода гелия, аргона, азота, водорода, криптона и ксенона. Особый интерес в этом отношении представляет гелий. Его физические свойства (плотность почти в 7 раз меньшая, чем у азота, основного газа разбавителя кислорода в воздухе, теплопроводность в 5,8 раза более высокая, чем у азота и растворимость в жирах в 4,5 раза меньшая, чем у азота при нормальном барометрическом давлении) формируют при дыхании отличные от воздуха физиологические эффекты кислородно-гелиевых дыхательных газовых смесей (ДГС).
Характерными особенностями рынка медицинских газов являются постоянный и растущий спрос на газы и сопутствующее оборудование, расширение ассортимента медицинских препаратов в виде газов и криогенных жидкостей, высокая доходность, возможность работы с медицинскими фондами страхования, долгосрочные контракты на поставки продукции, строгая система лицензирования.
Закон Дальтона
Давление смеси химически не взаимодействующих идеальных газов равно сумме парциальных давлений
[pic]
Теплопередача — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала. Когда физические тела одной системы находятся при разной температуре, то происходит передача тепловой энергии, или теплопередача от одного тела к другому до наступления термодинамического равновесия. Самопроизвольная передача тепла всегда происходит от более горячего тела к более холодному, что является следствием второго закона термодинамики (однако возможно передать тепло от холодного тела с помощью вспомогательных устройств, таких как холодильник).
Теплопередачу невозможно остановить, возможно, только замедлить её.
3. Виды теплообмена
Всего существует три простых (элементарных) вида передачи тепла:
Теплопроводность
Конвекция
Тепловое излучение
Газы в металле. Химические, активационные методы и спектральный ...
... химических соединений гидридов. Например, в стали могут присутствовать гидриды редкоземельных или щелочноземельных элементов. Сложные газы находятся в металле в форме газовых включений или адсорбированном виде. Примеси инертных газов присутствуют в металле преимущественно в ...
Существуют также различные видысложного переноса тепла, которые являются сочетанием элементарных видов. Основные из них:
- теплоотдача (конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твёрдого тела);
- теплопередача (теплообмен от горячей жидкости к холодной через разделяющую их стенку);
- конвективно-лучистый перенос тепла (совместный перенос тепла излучением и конвекцией).
КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
величина, характеризующая интенсивность передачи тепла через ограждающую конструкцию; определяется отношением плотности теплового потока, проходящего через поверхность, к разности температур воздушных сред, прилегающих к конструкции.
Заключение
Термодинамика находит широкое применение в физической химии и химической физике при анализе физических и химических процессов, в современной физиологии и биологии, в двигателестроении, теплотехнике, авиационной и ракетно-космической технике. Первоначально в термодинамике много внимания уделялось обратимым процессам и равновесным состояниям, так что более подходящим для нее казалось название «термостатика», но благодаря С.Аррениусу (1859–1927) и Г.Эйрингу (1901–1981) получило весьма основательную разработку ее применение к анализу скоростей химических реакций (химической кинетике) – см. также ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА. В настоящее время главной проблемой в термодинамике является ее применение к необратимым процессам, и уже достигнуты большие успехи в построении теории, по широте охвата сравнимой с термодинамикой обратимых процессов.
Список литера туры
Григорьев Б. А., Цветков Ф. Ф. Тепломассообмен: Учеб. пособие — 2-е изд. — М: МЭИ, 2005.
Брюханов О. Н., Шевченко С. Н. Тепломассообмен: Учеб. пособие. — М: АСВ, 2005.
Исаченко В. П. и др. Теплопередача: Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергия, 1975.
Галин Н. М., Кириллов П. Л. Тепломассообмен. — М.: Энергоатомиздат, 1987.
