Термодинамическая система, окружающая среда и рабочее тело

Термодинамической системой называется совокупность материальных тел, поведение которых изучается термодинамическими методами. Все остальные тела, не входящие в состав термодинамической системы объединяются понятием – окружающая среда.

Термодинамические системы состоят из источников теплоты, приемников теплоты и рабочего тела.

Если система не обменивается энергией с окружающей средой, она считается изолированной.

Если же система не изолирована и обменивается энергией с окружающей средой, то ее состояние изменяется. Изменение состояния термодинамической системы в результате обмена энергии с окружающей средой называется термодинамическим процессом.

Рабочим телом называется промежуточное тело, при помощи которого осуществляется трансформация тепловой энергии в механическую в тепловых двигателях.

В качестве рабочего тела можно использовать твердое, жидкое или газообразное вещество, но наиболее эффективно тепло переходит в работу в телах, способных резко менять свой объем.

Основные типы тепловых двигателей – паротурбинные установки (ПТУ) и двигатели внутреннего сгорания (ДВС). В ПТУ тепло от продукта сгорания передается кипящей воде, которая превращается в пар, перегревается и поступает на рабочую часть турбины. Температура и давление пара перед турбиной гораздо выше, чем эти параметры окружающей среды, поэтому пар способен совершить работу, расширяясь в проточной части турбины. При этом давление и температура его понижается и отработанный пар поступает в конденсатор и сконденсированная вода насосом подается в котел. Цикл замыкается.

При работе ДВС рабочее тело получается в результате горения горючей смеси в пространстве над поршнем. И так как температура и давление рабочего тела больше температуры и давления окружающей среды, оно совершает работу, расширяясь и передвигая поршень. В ПТУ рабочее тело – пар, в ДВС – газ.