Гидравлика и термодинамика

Развитие термодинамики и гидравлики

Основные термины и методики

Основы термодинамики и гидравлики

Теоретические основы рабочих процессов машин и холодильных установок, а также процесса кондиционирования воздуха по большой части основаны на гидравлике и термодинамике.

Определение

Термодинамика представляет собой науку, цель которой заключается в изучении закономерности превращения внутренней энергии в процессы химического или физического типа, которые рассматриваются на макроуровне.

Положения термодинамики основываются на первом и втором началах, впервые сформулированных в начале девятнадцатого века и ставших логичных развитием основ механической гипотезы теплоты и закона превращения энергии, которые сформулировал ученый Михаил Ломоносов.

Основное направление термодинамики - это техническая термодинамика, занимающаяся изучением процессов взаимной трансформации теплоты в работу, а также условий, при которых данные процессы будут протекать наиболее эффективно.

Определение

Гидравлика является наукой, которая исследует законы движения и равновесия жидкостей, а также подразумевает разработку методов применения их к решению инженерных задач того или иного уровня сложности.

Принципы гидравлики нашли своё применение в решении множества вопросов, которые так или иначе связаны с проектированием, конструированием, использованием и строительством гидротехнических машин различного типа, трубопроводов и сооружений.

Древнегреческий мыслитель Архимеда считается главным основоположником гидравлики. Именно он является автором научной работы «О плавающих телах». Относительно термодинамики гидравлика как наука сформировалась намного раньше, что напрямую связано с общественно-интеллектуальной человеческой деятельностью.

Развитие термодинамики и гидравлики

Гидравлика является комплексной теоретической дисциплиной, цель которой - тщательное изучение вопросов, связанных с движением механического типа различных жидкостей, как в природных, так и в техногенных условиях. Так как каждый из элементов рассматривается в качестве неделимого и непрерывного тела, тогда гидравлика может рассматриваться в качестве раздела механики сплошных сред.

Еще во времена Древнего Египта люди могли возводить плотины и водяные мельницы на реках, оросительные системы на рисовых полях с применением машин для подъема воды. В Риме за шесть веков до нашей эры могли возводить водопровод, что говорило о том, что техническая культура тех времен была сверхвысокой.

Учения Архимеда считают первым трактатом по гидравлике. Именно он является изобретателем машины для подъема воды, которая в дальнейшем была названа «архимедовым винтом». Данное устройство послужило основой для современных гидравлических насосов.

В сравнении с гидравлическими концепциями, пневматические концепции сформировались намного позднее. Лишь в восемнадцатом веке была представлена немецкая машина для «движения газа и воздуха». С течением техники гидравлические системы улучшались, а их область эксплуатации расширялась.

Учеными было выделено три ключевых периода развития термодинамики в девятнадцатом веке, каждый из которых обладал своими уникальными свойствами:

• первый период характеризовался формированием первого и второго термодинамических начал;
• второй длился вплоть до середины девятнадцатого века. Именно на этот период приходятся многие научные труды от выдающихся европейских физиков;
• третий период открывает известный ученый из Австрии и член Академии Наук Санкт-Петербурга Людвиг Больцман, установивший взаимосвязь между двумя формами движения (механическая и тепловая) путем многочисленных экспериментов.

В дальнейшем развитие термодинамики продвигалось ускоренными темпами. Так, американцем Гиббсом была разработана химическая термодинамика в 1897 году, что перевело физическую химию в группу дедуктивных наук.

Основные термины и методики

Замечание

Гидравлика исследует главные законы хаотичного движения и равновесия жидкостей, а также способы активизации систем водоснабжения гидравлического типа и ирригации.

Все утверждения гидравлики были известны людям еще несколько тысячелетий назад. В гидромеханике понятие «жидкость» имеет куда более широкое значение, в отличие от термодинамики. Под данный термин попадают каждое физическое тело, способное менять свою форму под воздействием каких-либо сил.

По этой причине под данное определение подпадают не только капельные жидкости, но также и газы. Несмотря на различия между рассматриваемыми научными разделами, законы движения жидкостей и газов при конкретных условиях можно считать идентичными. Показатель скорости относительно звукового параметра является ключевым условием.

Основная задача гидравлики - это изучения течения протекающих в различных руслах жидкостей, а именно потоков, которые ограничены плотными стенками. Под «руслом» подразумевают каждое устройство, ограничивающее поток: трубопроводы, проточные компоненты насосов, зазоры и так далее. Следовательно, в гидравлике преимущественно изучаются внутренние течения, в то время как в термодинамике – внешние.

Замечание

Под предметом термодинамического анализа подразумевают систему, которая может быть отделена некоторой контрольной поверхностью от внешней среды.

В термодинамике исследование является макроскопическим методом.

Чтобы как можно точнее охарактеризовать системные макроструктурные свойства, прибегают к следующим величинам макроскопической концепции:

• давление;
• природа:
• температура;
• удельный объем.

Термодинамический метод характеризуется тем, что в его основе лежит фундаментальный закон природы сохранения энергии. То есть, все ключевые соотношения выводятся исключительно из данного положения.

Основы термодинамики и гидравлики

Изучая основы термодинамики и гидравлики нужно делать упор на представления научных разделов физики, которые помогли бы лучше освоить и понять принцип, по которому работают гидромашины.

Каждое физическое тело состоит из атомов, которые постоянно движутся. Они отталкиваются на довольно близком расстоянии и притягиваются на небольшом. В центре атома располагается ядро с положительным зарядом, а вокруг него хаотично движутся электроны, с которыми формируется электронная оболочка.

Определение

Под физической величиной подразумевается количественное описание характеристик того или иного материального тела, обладающего собственной единицей измерения.

В девятнадцатом веке физиком К. Гаусс было доказано, что при выборе самостоятельных единиц измерений нескольких параметров, можно установить единицы величин из любого раздела физики посредством физических законов.

В гидравлике единица измерения скорости представляет собой производную единицу концепции, полученную из единиц системы в виде секунды и метра. Такие физ. величины как вес, ускорение, и скорость в термодинамике имеют размерность и определяются посредством основных единиц. И хотя здесь присутствуют молекулярные силы, молекулы воды постоянно двигаются. Чем большей окажется температура вещества в жидком состоянии, тем быстрей будут двигаться составные части.

Стоит поподробнее рассказать о физических свойствах газов и жидкостей. Данные агрегатные состояния в гидравлической системе способны сохранять изначальный объем при деформации. В случае термодинамической системы все обстоит несколько иначе. Такой деформация не требует выполнения какой-либо работу механического характера, то есть, элементы, действующие в конкретной концепции, практически не сопротивляются вероятному сдвигу.