Termodinamica tehnica. Vol.1. - PRET REDUS! -33%

Pret vechi 60 lei - Pret redus 40 lei

„O teorie este cu atat mai impresionanta, cu cat premisele sale sunt mai simple, cu cat sunt mai diferite lucrurile la care se refera si cu cat aplicabilitatea sa este mai larga. De aici si impresia profunda pe care mi-a facut-o termodinamica clasica. Este singura teorie cu continut universal care, sunt convins, nu va fi rasturnata in cadrul de aplicabilitate a conceptelor sale fundamentale“.

Albert Einstein

CUPRINS

Cuprins I
Prefata X
Notatii XXI

Capitolul I. Introducere 1
I.1. Ce este termodinamica 2
I.2. Cateva exemple 6
I.3. Scurt istoric 16

Capitolul II. Concepte si definitii 19
II.1. Unitati de masura. Sistemul International 20
II.2. Sistem termodinamic. Volum de control 25
II.3. Stare termodinamica. Parametri de stare. Echilibru termodinamic 28
II.4. Proces termodinamic. Marimi de proces 36
II.5. Volum specific, presiune, temperatura 43
II.5.1. Volumul specific 43
II.5.2. Presiunea 44
II.5.3.Temperatura 45
II.6. Reversibilitate si ireversibilitate 55
Biografii 60

Capitolul III. Energie, lucru mecanic, caldura 62
III.1. Conceptul de energie. Forme de energie 63
III.1.1. Forme macroscopice de energie 64
III.1.2. Forme microscopice de energie. Energia interna 69
III.2. Lucrul. Lucrul mecanic 71
III.2.1. Lucrul mecanic asociat fortelor elastice 73
III.2.2. Lucrul mecanic asociat fortelor de tensiune superficiala 75
III.2.3. Lucrul mecanic la arbore 76
III.2.4. Lucrul mecanic de variatie a volumului 77
III.2.5. Lucrul mecanic tehnic 79
III.3. Caldura 83
III.4. Entalpia 91
III.5. Energia si lumea contemporana 93
Biografii 106

Capitolul IV. Principiul I al termodinamicii 107
IV. 1. Introducere. Istoric 108
IV.2. Principiul I sub forma echivalentei 112
IV.3. Enunturile Principiului I 113
IV.4. Formularea matematica a Principiului I pentru sisteme inchise, transformari deschise 114
IV.5. Formularea matematica a Principiului I pentru sisteme deschise 118
IV.5.1. Ecuatia de bilant masic 119
IV.5.2. Ecuatia de conservare a energiei 125
IV.6. Cicluri termodinamice 133
Biografii 139

Capitolul V. Principiul II al termodinamicii 145
V.1. Introducere. Istoric 146
V.2. Enunturi ale Principiului II al termodinamicii 153
V.3. Ciclul Carnot. Teoremele lui Carnot. 155
V.3.1. Ciclul Carnot 156
V.3.2. Teoremele lui Carnot 157
V.4. Scara termodinamica a temperaturilor 163
Biografii 173

Capitolul VI. Entropia 176
VI.1. Integrala lui Clausius 177
VI.1.1. Functia carnotica 177
VI.1.1. Integrala lui Clausius pentru un ciclu reversibil 179
VI.1.2. Integrala lui Clausius pentru un ciclu ireversibil 181
VI.2. Entropia. Formularea matematica a Principiului II pentru procese reversibile. 183
VI.3. Formularea matematica a Principiului II pentru procese ireversibile 189
VI.4. Consecinte ale Principiului II al termodinamicii 192
VI.4.1. Ecuatia TdS 193
VI.4.2. Principiul cresterii entropiei 195
VI.4.4. Procesele adiabatice 197
VI.4.5. Procese de egalizare in sisteme izolate 206
VI.5. Bilantul entropic al unui sistem 210
VI.5.1. Bilantul entropic al unui sistem inchis 211
VI.5.2. Bilantul entropic al unui volum de control 211
VI.6. Pierderea de lucru mecanic. Teorema Gouy?Stodola 215
VI.7. Entropie si probabilitate 220
Biografii 230

Capitolul VII. Ecuatiile termodinamicii 235
VII.1. Interpretarea diferentialelor si derivatelor partiale 236
VII.2. Potentiale termodinamice 244
VII.2.1. Energia libera (potentialul Helmholtz) 244
VII.2.2. Entalpia libera (potentialul Gibbs) 245
VII.2.3. Transformarea Legendre. Metoda generala de obtinere a potentialelor termodinamice. 248
VII.3. Potentialul chimic 253
VII.4. Relatiile lui Maxwell 260
VII.5. Ecuatiile termodinamicii 265
VII.5.1. Ecuatia diferentiala a energiei interne 265
VII.5.2. Ecuatia diferentiala a entalpiei 266
VII.5.3. Ecuatia diferentiala a entropiei 267
VII.5.4. Ecuatiile diferentiale ale caldurilor specifice 269
VII.5.5. Coeficienti termodinamici 271
VII.5.6. Ecuatia Euler 273
Biografii 275

Capitolul VIII. Exergia 278
VIII.1. Generalitati. Forme de energie 279
VIII.2. Exergia. Generalitati. Definitie. Stare de referinta 280
VIII.3. Exergia caldurii 284
VIII.4. Exergia unui fluid intr?un proces termodinamic 295
VIII.4.1. Exergia unui fluid dintr?un sistem inchis 295
VIII.4.2. Exergia unui fluid in curgere printr?un sistem deschis 300
VIII.5. Exergia chimica 304
VIII.5.1. Sisteme fara curgere 307
VIII.5.2. Sisteme cu curgere 311
VIII.6. Ecuatia de bilant exergetic. Pierderea de exergie. Randament exergetic 317

Capitolul IX. Gazul ideal 325
IX.1. Generalitati. Modelul gazului ideal 326
IX.2. Elemente de teoria cinetico?moleculara 328
IX.2.1. Ipotezele teoriei cinetico?moleculare 328
IX.2.2. Determinarea presiunii unui gaz 329
IX.2.3. Interpretarea cinetico?moleculara a temperaturii 333
IX.3. Legile gazelor perfecte 337
IX.3.1. Legea Boyle?Mariotte 337
IX.3.2. Legea Gay?Lussac 338
IX.3.3. Legea lui Charles 340
IX.3.4. Legea lui Avogadro 341
IX.3.5. Legea lui Joule 344
IX.4. Ecuatia termica de stare a gazului ideal 347
IX.5. Caldurile specifice ale gazelor perfecte 350
IX.5.1. Tipuri de calduri specifice 350
IX.5.2. Relatia lui Mayer. Exponentul adiabatic 352
IX.5.3. Caldura specifica reala. Functii de aproximare 358
IX.5.4. Caldura specifica medie 364
IX.6. Entropia gazelor perfecte 367
IX.7. Amestecuri de gaze perfecte 370
IX.7.1 Compozitia amestecurilor de gaze 372
IX.7.2. Relatii intre compozitiile masica si volumica 374
IX.7.3.Calculul marimilor termodinamice ale amestecului 374
IX.8. Procesele termodinamice ale gazului perfect 378
IX.8.1. Procesul izocor 378
IX.8.2. Procesul izobar 380
IX.8.3. Procesul izoterm 382
IX.8.4. Procesul adiabatic 385
IX.8.5. Procesul politropic 388
IX.9. Exergia gazului ideal 393
IX.9.1. Exergia caldurii gazului perfect 393
IX.9.2. Exergia gazului intr?un sistem inchis 396
IX.9.3. Exergia gazului in curgere stationara printr?un sistem deschis 401
IX.9.4. Structura exergiei gazului perfect 407
Biografii 412

Capitolul X. Cicluri cu gaz perfect 419
X.1. Generalitati. Ipoteze de lucru 420
X.2. Ciclurile Stirling si Ericsson 425
X.2.1. Ciclul Stirling 426
X.2.2. Ciclul Ericsson 433
X.3. Ciclurile motoarelor cu ardere interna cu piston 436
X.3.1. Generalitati. Clasificare. 436
X.3.2. Diagrama indicata 443
X.3.3. Ciclul teoretic cu ardere la volum constant (Otto - Beau de Rochas) 449
X.3.4. Ciclul cu ardere la presiune constanta (Diesel) 454
X.3.5. Ciclul cu ardere mixta (Trinkler) 459
X.4. Ciclurile compresoarelor volumice cu piston 463
X.4.1. Generalitati. Clasificare 463
X.4.2. Compresorul monoetajat (intr?o singura treapta) 466
X.4.3. Compresorul in mai multe trepte 479
X.5. Ciclurile turbomotoarelor cu gaze 483
X.5.1. Generalitati 483
X.5.2. Ciclul Brayton 489
X.5.3. Ciclul Brayton cu recuperare 501
X.5.4. Ciclul cu racire si incalzire intermediare 509
X.5.5. Turbomotoare de aviatie 512
X.6. Cicluri frigorifice cu gaz perfect 521
X.6.1. Ciclul Bell?Coleman 521
X.6.2. Ciclul frigorific Stirling 551
Biografii 556

Capitolul XI. Proprietatile substantelor pure 559
XI.1. Substanta pura 560
XI.2. Faza. Transformari de faza 565
XI.2.1. Echilibrul fazelor. Regula fazelor a lui Gibbs 566
XI.2.2. Diagrama fazelor 569
XI.2.3. Vaporizarea izobara a unei substante pure 571
XI.2.4. Suprafete p?v?T 576
XI.3. Ecuatia Clausius?Clapeyron 583
XI.4. Proprietatile vaporilor 587
XI.4.1. Tabele de vapori 587
XI.4.2. Titlul vaporilor 592
XI.4.3. Diagrame pentru vapori 595

Capitolul XII. Gaze reale 600
XII.1. Caracterizarea gazelor reale 601
XII.1.1. Factorul de compresibilitate Z 603
XII.1.2. Izotermele Andrews 616
XII.1.3. Diagrama Amagat 623
XII.1.4. Laminarea gazelor reale. Efectul Joule?Thomson 625
XII.1.5. Fugacitatea 629
XII.2. Calculul marimilor termice ale gazului real 635
XII.2.1. Energia interna 639
XII.2.2. Entalpia 642
XII.2.3. Entropia 646
XII.3. Caldurile specifice ale gazelor reale 649
XII.4. Ecuatia van der Waals 650
XII.4.1. Izotermele van der Waals 653
XII.4.2. Ecuatia van der Waals in parametri redusi si factorul de compresibilitate 663
XII.5. Alte ecuatii termice de stare 665
XII.5.1. Ecuatii termice de stare cubice cu trei parametri 666
XII.5.2. Ecuatii viriale 668
XII.5.3. Ecuatia Dieterici 669
XII.5.4. Ecuatii cu coeficienti empirici 670
XII.5.5. Ecuatii multiparametrice 672
Biografii 674

Capitolul XIII. Cicluri energetice cu vapori 677
XIII.1. Ciclul Carnot direct cu vapori 678
XIII.2. Ciclul Rankine cu supraincalzire 680
XIII.2.1. Cai generale de marire a randamentului ciclului Rankine 686
XIII.2.2. Cai specifice de marire a randamentului termic al ciclului Rankine 691
XIII.2.3. Ciclul Rankine real (ireversibil intern) 700
XIII.3. Cicluri binare 703
XIII.4. Cogenerarea 707
XIII.4.1. Sisteme de cogenerare cu turbina cu abur 711
XIII.4.2. Sisteme de cogenerare cu turbina cu gaze 714
XIII.4.3. Sisteme de cogenerare cu ciclu combinat Brayton?Rankine 715
XIII.4.4. Sisteme de cogenerare cu motoare cu ardere interna cu piston 717
Istoricul utilizarii aburului 719
Biografii 726

Bibliografie 730

Anexe 746

Index 847

PREFATA

Termodinamica reprezinta un instrument extrem de puternic si versatil in analiza fenomenelor termice, permitand o cunoastere aprofundata a naturii acestora si a mecanismelor si legilor care le guverneaza. Acest capitol fundamental al fizicii, care s-a conturat ca un domeniu separat pe la mijlocul sec. XIX, cunoscand o dezvoltare si diversificare de o amploare greu de anticipat in acea epoca, a revolutionat cunostintele despre fenomenele in care intervin interactiunile termice si conversia energiei termice in alte forme de energie. Initial nascuta din necesitatea de a creste performantele masinii cu abur (celebrul memoriu al lui Carnot trata aceasta problema), termodinamica a evoluat treptat spre o abstractizare si o formalizare din ce in ce mai accentuate, dezvoltand conceptul de entropie, care si-a gasit aplicatii in cele mai neasteptate domenii, cum ar fi cosmologia, teoria informatiei, teoria comunicarii, sau economia. Studiul mecanismelor la nivel microscopic a dat nastere termodinamicii statistice, care a constituit baza de plecare pentru revolutia din fizica petrecuta la inceputul sec. XX, o data cu introducerea ipotezei cuantice de catre Planck. Astazi, practic orice abordare in fizica fundamentala este de neconceput fara solide cunostinte de termodinamica.

Prezenta carte este concretizarea unui proiect mai vechi al autorului, prin care acesta isi propune sa ofere cititorului o imagine cat mai completa si, pe cat posibil, suficient de detaliata asupra cunostintelor specifice unei discipline ingineresti care constituie unul din fundamentele pe care se construieste profilul unui inginer specialist in fenomene termice. La baza organizarii si structurarii materialului a stat abordarea progresiva ca grad de dificultate a notiunilor, conceptelor si a aparatului matematic utilizat ca suport pentru demonstratii si dezvoltari cu caracter teoretic. Prin aceasta, intentia autorului a fost de a oferi cititorului posibilitatea de a se opri la un moment dat din lectura materialului atunci cand considera ca gradul de dificultate este prea ridicat, fara insa a pierde din intelegerea conceptelor fundamentale absolut necesare. Astfel, cartea se adreseaza unui spectru mult mai larg de cititori decat un simplu manual universitar, deoarece poate fi utila si specialistilor prin conceptele de termodinamica avansata pe care le contine.

Fidel conceptiei ca atunci cand dorim sa intelegem in profunzime notiuni si concepte noi, cea mai indicata strategie este de a merge direct la surse deoarece lucrarile ulterioare unei opere fundamentale mascheaza sau chiar omit gandirea si rationamentele celui care a introdus sau definit un nou concept, autorul a pus un mare accent pe prezentarea si comentarea lucrarilor care au revolutionat termodinamica si pe traducerea pasajelor esentiale ale acestora. Acest lucru a implicat o foarte laborioasa cercetare documentara, mult inlesnita de publicarea pe Internet si liberul acces la aceste surse.

Deasemeni, autorul are convingerea ca la o conturare mai clara a imaginii despre o stiinta, este benefica o referire ampla la istoria dezvoltarii si evolutiei acesteia si de aceea, ori de cate ori a considerat necesar pentru o mai solida sustinere a cursului logic al expunerii, a recurs la paranteze de ordin istoric in care a detaliat nasterea si evolutia conceptului prezentat, care vin sa completeze istoria evolutiei termodinamicii prezentata in prima anexa de la sfarsitul volumului.

O imagine completa asupra unor aspecte ale problematicii tratate se poate obtine - in conceptia autorului - si prin cunoasterea vietii si operei oamenilor de stiinta care au avut contributii decisive la dezvoltarea sau nasterea unor concepte fundamentale. De aceea, la sfarsitul fiecarui capitol (acolo unde este cazul), sunt prezentate biografiile marilor oameni care au adus contributii fundamentale la nasterea si dezvoltarea termodinamicii, aceste biografii avand o intindere mai mare decat niste simple articole de enciclopedie, al caror continut este prin natura lucrurilor foarte limitat.

Amploarea insemnata a materialului tratat a determinat organizarea cartii in doua volume, cel de-al doilea fiind inca in curs de elaborare in momentul definitivarii primului.

Prezentul volum contine un numar de 13 capitole.

Capitolul I, Introducere, prezinta originea termenului termodinamica si ofera cateva definitii ale acestei discipline, asa cum apar acestea in dictionare si enciclopedii. Sunt prezentate cele doua metode de studiu: fenomenologica si statistica si se delimiteaza aria de cuprindere si specificul termodinamicii tehnice.

Pentru edificarea cititorului privind aplicatiile cele mai prezente in realitatea curenta, sunt prezentate si descrise cateva exemple de masini si sisteme termice tipice: un cazan de abur, o centrala nuclearo-electrica, un turbomotor cu gaze in variantele stationar si turboventilator de aviatie, un motor cu ardere interna cu piston, un compresor cu piston, un compresor centrifugal si o instalatie centralizata de aer conditionat pentru un apartament. Finalul capitolului prezinta un scurt istoric al evolutiei cunostintelor privind fenomenele termice.

Capitolul II se intituleaza Concepte si definitii. Capitolul incepe cu prezentarea Sistemului International si a marimilor fizice fundamentale si derivate si a unitatilor de masura ale acestora. Urmeaza introducerea si definirea unor concepte fundamentale: sistem termodinamic, volum de control, granite sau frontiere, substanta pura, faza, sistem inchis, sistem deschis, sistem izolat, stare termodinamica, parametri si marimi de stare, marimi intensive si extensive, echilibru termodinamic, proces termodinamic (cvasistatic sau nestatic) si marimi de proces. Sunt apoi prezentati si discutati cei trei parametri de stare utilizati in termodinamica: volumul, presiunea si temperatura. Deoarece temperatura a ridicat cele mai mari dificultati conceptuale in ceea ce priveste intelegerea si definirea acestei marimi fizice, o atentie speciala a fost acordata tratarii acestui subiect. Dupa un scurt istoric al evolutiei intelegerii acestui parametru, este data definitia formulata de Maxwell si apoi este enuntat Principiul zero al termodinamicii, care permite introducerea riguroasa a temperaturii. Se defineste apoi conceptul de scara de temperatura, sunt prezentate regulile de stabilire a unei scari empirice de temperatura si este descris principiul de functionare a termometrului cu gaz. Din ratiuni de logica a expunerii si de constructie a aparatului de notiuni si concepte, problema scarii absolute de temperatura este abordata in capitolul care trateaza Principiul II al termodinamicii. Ultima parte a capitolului trateaza problematica reversibilitatii si ireversibilitatii proceselor termodinamice, clarificarea conceptelor fiind sustinuta prin cateva exemple de procese reale (ireversibile).

Capitolul III, Energie, lucru mecanic, caldura, se refera la cele doua forme de schimb de energie care intra in sfera de interes a termodinamicii: lucrul mecanic si caldura. Capitolul incepe cu o abordare generala a conceptului de energie: este prezentata originea termenului si sunt date doua definitii care sunt comentate, este introdus conceptul de putere si se face clasificarea formelor de energie in forme de acumulare si forme de transfer, respectiv in forme macroscopice si microscopice, care sunt prezentate succint. La cea din urma categorie, este prezentata in detaliu energia interna, o marime fundamentala in termodinamica, deoarece defineste energia termica a unui corp. Se defineste caldura specifica izocora si se deduce prima ecuatie calorica de stare. La finalul subcapitolului despre energia interna, se face clasificarea formelor de energie in ordonate si dezordonate, cu precizarea ca primele sunt integral valorificabile in forme utile, ceea ce pregateste terenul pentru capitolul despre exergie. Sunt apoi introduse si prezentate diversele forme de lucru mecanic care pot interveni in procesele termodinamice (lucrul mecanic asociat fortelor elastice, lucrul mecanic asociat fortelor de tensiune superficiala, lucrul mecanic la arbore), insistandu-se pe lucrul mecanic de variatie a volumului si pe lucrul mecanic tehnic ca forme principale de interactiune mecanica specifice termodinamicii. In subcapitolul referitor la caldura, se defineste in mai multe moduri aceasta marime de proces, se reia Principiul zero al termodinamicii, se definesc caldura specifica, caldura latenta de tranzitie de faza si fluxul termic si se prezinta cele trei moduri de transfer termic: conductia, convectia si radiatia. In continuare se introduce notiunea de entalpie, se defineste caldura specifica izobara si se deduce a doua ecuatie calorica de stare, iar in finalul capitolului se face o trecere in revista a relatiei dintre energie si societatea contemporana, cu accent pe efectele secundare ale producerii si utilizarii energiei, legate de poluare si afectarea mediului inconjurator. Sunt prezentate principalele efecte ale poluarii atmosferice produse de arderea combustibililor fosili, precum si principalii poluanti din gazele de ardere si efectele pe care le produc asupra starii de sanatate. Sunt apoi discutate solutii alternative de obtinere a energiei, altele decat prin ardere.

Capitolul IV, asa cum rezulta direct din titlu, abordeaza Principiul I al termodinamicii. In prezentare se pleaca de la evolutia la nivel conceptual care a condus in final la enuntarea legii conservarii energiei (Principiul I ), abordandu-se apoi Principiul I sub forma echivalentei, asa cum a rezultat din experientele lui J.P. Joule pentru determinarea echivalentului caloric al lucrului mecanic. Sunt date si comentate cateva enunturi al Principiului I si apoi sunt deduse formularile matematice ale acestuia pentru sisteme inchise (transformari deschise), respectiv sisteme deschise, in ultimul caz fiind dedusa si ecuatia de bilant masic. Ecuatia generala de conservare a energiei este dedusa pentru regimul stationar si pentru cel nestationar (tranzitoriu), in ambele cazuri atat in termeni de energie, cat si in termeni de putere. In acelasi context, este introdus conceptul de entalpie generalizata (metalpie). In finalul capitolului este introdusa notiunea de ciclu termodinamic, este precizat aparatul de notiuni conex, se face clasificarea ciclurilor, este dedusa ecuatia de bilant a unui ciclu si sunt definiti indicii de performanta pentru ciclurile directe si pentru ciclurile inverse.

Capitolul V se intituleaza Principiul II al termodinamicii. Expunerea incepe prin cateva exemple care arata limitarile Principiului I si in ce constau aceste limitari. Urmeaza un istoric in care se insista pe memoriul lui Carnot Reflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres a developper cette puissance care poate fi considerat actul de nastere a termodinamicii. Sunt apoi prezentate si comentate cele mai importante enunturi ale Principiului II (Carnot, Clausius, Thomson-Kelvin, Planck). Se prezinta ciclurile Carnot direct si invers si se enunta si demonstreaza cele doua teoreme ale lui Carnot. In finalul capitolului, este fundamentata teoretic temperatura termodinamica absoluta si este introdusa scara termodinamica a temperaturilor si unitatea pentru temperatura, kelvinul.

Capitolul VI, Entropia, incepe cu definirea functiei carnotice, ceea ce permite obtinerea integralei lui Clausius pentru ciclurile reversibile si ireversibile. Pe baza acesteia, se defineste marimea fizica entropie, plecand de la care se introduce formularea matematica a Principiului II pentru procese reversibile si se introduc diagramele entropice, fiind prezentata diagrama T-s, a carei proprietate geometrica este dedusa. Plecand de la integrala lui Clausius pentru cicluri ireversibile, se formuleaza matematic Principiul II pentru procese ireversibile si se pune in evidenta importanta entropiei ca masura a ireversibilitatii, prin intermediul generarii de entropie. Sunt apoi discutate consecintele Principiului II: ecuatia TdS, principiul cresterii entropiei, proprietatile proceselor adiabatice, caracteristicile proceselor de egalizare in sisteme izolate. La acest din urma subiect, este comentata teoria mortii termice a Universului, emisa de Clausius si dezvoltata de Helmholtz si Thomson (Kelvin). In continuare, se deduc ecuatiile de bilant entropic pentru un sistem inchis si pentru un volum de control si se enunta si demonstreaza teorema Gouy-Stodola, prin care se poate evalua pierderea de lucru mecanic datorita ireversibilitatii proceselor. In finalul capitolului, se face o succinta prezentare a legaturii care exista intre entropie si conceptul de probabilitate termodinamica, subliniindu-se contributia esentiala a lui L. Boltzmann la nasterea termodinamicii statistice.

Capitolul VII, Ecuatiile termodinamicii, trateaza principalele ecuatii diferentiale care se pot scrie pentru marimile termodinamice. Pentru o mai buna claritate a expunerii si usurarea intelegerii notiunilor discutate, la inceputul capitolului se prezinta interpretarea geometrica a diferentialelor si derivatelor si sunt deduse cateva relatii importante intre derivatele partiale ale unei functii: relatia de reciprocitate, relatia ciclica si regula lantului. O alta optiune privind plasarea acestui subiect in ansamblul materialului cartii ar fi fost introducerea sa ca anexa al sfarsit, dar s-a preferat plasarea sa la inceputul Cap. VII, din ratiuni de cursivitate a expunerii si de comoditate a urmaririi de catre cititor. Cititorul cu cunostinte mai avansate de analiza matematica va putea astfel sari acest subcapitol, trecand direct la urmatorul. Din aceleasi ratiuni, paragraful referitor la transformarea Legendre si teorema lui Euler pentru functii omogene au fost deasemeni tratate ca parti ale capitolului, si nu au fost incluse in anexe. In continuare sunt introduse potentialele termodinamice: energia libera (potentialul Helmholtz) si entalpia libera (potentialul Gibbs). Dupa introducerea transformarii Legendre, cele doua potentiale termodinamice sunt obtinute cu ajutorul acesteia si se prezinta patratul termodinamic Koenig-Born, ca artificiu grafic pentru obtinerea diferentialelor potentialelor termodinamice. In continuare se defineste potentialul chimic si se scrie ecuatia fundamentala in termeni de energie a sistemului si se demonstreaza caracterul de marimi intensive ale temperaturii, presiunii si potentialului chimic.

Sunt apoi deduse relatiile lui Maxwell si se descrie modul de utilizare a patratului termodinamic Koenig-Born pentru obtinerea facila a expresiilor acestora. In finalul capitolului sunt deduse si comentate ecuatiile termodinamicii: a energiei interne, a entalpiei, a entropiei, ale caldurilor specifice, sunt definiti coeficientii termodinamici (de dilatare izobara, de compresibilitate izocora si de compresibilitate izoterma) si se deduce ecuatia Euler.

Capitolul VIII, Exergia, debuteaza cu clasificarea formelor de energie in ordonate si neordonate si se discuta transformabilitatea unei forme de energie in forme utile. Urmeaza definirea exergiei, anergiei si a starii de referinta si sunt reformulate cele doua principii ale termodinamicii prin prisma conceptului de exergie. In continuare este determinata exergia caldurii in cele doua cazuri posibile: schimb de caldura intr-un interval de temperaturi superior celei a mediului ambiant, respectiv intr-un interval de temperaturi inferior temperaturii mediului ambiant. Sunt apoi determinate relatiile de calcul ale exergiei in procesele termodinamice din sisteme inchise, respectiv in cazul curgerii unui fluid printr-un sistem deschis. Mai departe, este definita exergia chimica si sunt prezentate si comentate diferite modele de mediu ambiant de referinta. Se determina apoi expresiile exergiei chimice in sisteme fara curgere si in sisteme cu curgere. In finalul capitolului, se deduce ecuatia generala de bilant exergetic, se determina pierderea de exergie facandu-se legatura cu teorema Gouy-Stodola si se defineste randamentul exergetic.

Capitolul IX se intituleaza Gazul ideal. Capitolul debuteaza cu generalitati, un comentariu privind originea si etimologia termenului gaz si prezentarea modelului gazului ideal. Pentru facilitarea intelegerii diverselor concepte si notiuni legate de subiect, se face o prezentare succinta a unor elemente de teoria cineticomoleculara: ipoteze, determinarea presiunii unui gaz si interpretarea cineticomoleculara a temperaturii, cu consecinte asupra calculului energiei interne a gazelor perfecte. Capitolul continua cu legile gazelor perfecte. Sunt prezentate legile transformarilor simple (Boyle-Mariotte, Gay-Lussac si Charles), legea lui Avogadro si legea lui Joule. Este apoi dedusa ecuatia termica de stare a gazului ideal si se abordeaza subiectul caldurilor specifice ale gazelor perfecte. Se definesc tipurile de calduri specifice, se deduc relatiile intre acestea, se obtine relatia lui Mayer, se defineste exponentul adiabatic si se deduc expresiile caldurilor specifice molare functie de structura moleculara a gazului perfect. Apoi se defineste caldura specifica reala si se deduc expresiile pentru entalpie si entropie pe baza ipotezei variatiei de tip polinomial a caldurii specifice reale, fiind prezentate diverse forme ale polinoamelor de aproximare utilizate. La sfarsitul subcapitolului referitor la caldurile specifice, este definita caldura specifica medie intr-un interval de temperaturi. In continuare, sunt deduse relatiile de calcul pentru entropia gazelor perfecte. Urmatorul subcapitol trateaza amestecurile de gaze perfecte: sunt definite presiunea partiala si volumul partial si in acest context sunt enuntate legile specifice amestecurilor (Dalton si Amagat), sunt definite tipurile de compozitie, sunt deduse relatiile intre compozitiile masica si volumica si in final sunt obtinute, functie de compozitie, relatiile de calcul ale marimilor termodinamice ale gazelor perfecte. In subcapitolul urmator sunt analizate prin prisma Principiilor I si II procesele termodinamice ale gazului perfect: izocor, izobar, izoterm, adiabatic si politropic. Ultimul subcapitol se refera la exergia gazelor perfecte, fiind obtinute relatiile pentru exergia caldurii, exergia gazului intr-un sistem inchis si exergia gazului in curgere stationara; in aceste ultime doua cazuri sunt analizate situatiile posibile, analiza fiind sustinuta de reprezentari grafice sugestive. Structura exergiei gazului perfect constituie ultimul subiect abordat in cadrul subcapitolului, fiind considerata exergia gazului intr-un sistem inchis, respectiv aflat in curgere printrun sistem deschis.

Capitolul X, Cicluri cu gaz perfect, analizeaza ciclurile masinilor termice al caror agent de lucru poate fi asimilat unui gaz perfect. Capitolul debuteaza cu precizarea unor notiuni cum ar fi cele de ciclu inchis, respectiv deschis, ardere interna, respectiv externa. Prin intermediul unui exemplu, se detaliaza diferentele dintre un ciclu ideal si unul real, ceea ce justifica introducerea unor ipoteze simplificatoare pentru definirea unui ciclu ideal, care sunt apoi prezentate si comentate. Finalul partii introductive se refera la carnotizarea ciclurilor. Urmatorul subcapitol trateaza ciclurile cu regenerare (Stirling si Ericsson). Este definit conceptul de regenerare, justificandu-se necesitatea acesteia prin cresterea indicelui teoretic de performanta termodinamica a ciclului pana la valoarea indicelui Carnot. Este apoi descris motorul Stirling si ciclul sau teoretic de functionare, calculanduse randamentul termic care, datorita regenerarii, este egal cu randamentul Carnot intre aceleasi temperaturi. Se face o succinta prezentare a ciclului Stirling real si se enumera si comenteaza avantajele si dezavantajele motorului Stirling. Sunt apoi prezentate masina teoretica si ciclul Ericsson si se demonstreaza ca si in acest caz, randamentul teoretic il egaleaza pe cel al masinii Carnot. Subcapitolul urmator trateaza ciclurile motoarelor cu ardere interna cu piston. Sunt prezentate cateva notiuni specifice si schema de principiu a unui monocilindru si se face clasificarea acestor motoare. In cadrul clasificarii sunt prezentate si schema unui motor in doi timpi si functionarea acestuia. Ciclul real este descris prin intermediul diagramei indicate, atat la motoarele in patru timpi, cat si la cele in doi timpi. Urmeaza analiza ciclurilor cu ardere la volum constant (Otto-Beau de Rochas), cu ardere la presiune constanta (Diesel) si cu ardere mixta (Trinkler). La fiecare dintre acestea, este prezentata diagrama ciclului teoretic in coordonate p-V si T-s, sunt definiti indicii functionali, se determina randamentul termic, se analizeaza cum acestia influenteaza randamentul si se determina expresia lucrului mecanic ciclic.

Subcapitolul urmator prezinta ciclurile compresoarelor volumice cu piston. Dupa definirea si introducerea notiunilor specifice acestei clase de masini, clasificarea compresoarelor si descrierea schemei functionale tipice, se trece la analiza termodinamica a compresorului monocilindric monoetajat. Sunt descrise constructia si ciclul compresorului teoretic, respectiv tehnic, sunt definiti indicii functionali si se determina expresiile lucrului mecanic ciclic si dependentele acestuia. La compresorul teoretic se analizeaza care este varianta optima de comprimare, iar la cel tehnic se determina presiunea maxima de refulare. In continuare, se analizeaza ciclul real al unui compresor cu piston prin intermediul diagramei indicate, definindu-se pe baza acestia indicii constructiv-functionali specifici (coeficienti de debit, debite, puteri si randamente). In finalul subcapitolului este analizat compresorul in mai multe trepte, cu racire intermediara pana la temperatura de aspiratie. Exemplul utilizat este cel al unui compresor in doua trepte, relatiile lucrului mecanic ciclic si a caldurii cedate in racitorul intermediar obtinute in acest caz fiind extrapolate pentru compresoarele in mai mult de doua trepte. Urmatorul subcapitol trateaza ciclurile turbomotoarelor cu gaze. Acestea sunt descrise pe componente, le sunt prezentate avantajele si dezavantajele si se face un scurt istoric al dezvoltarii lor. Este apoi descris si analizat ciclul de baza (Brayton), analizandu-se influentele parametrilor functionali asupra randamentului termic si a lucrului mecanic util la arbore. Este apoi prezentat si descris ciclul Brayton real, se determina expresia randamentului termic al acestuia functie de randamentele izentropice al compresorului si turbinei si se compara dependenta de raportul de crestere a presiunii a randamentelor ciclurilor teoretic si real, luand ca parametru temperatura de intrare in turbina. Este apoi prezentat ciclul Brayton cu recuperare, determinandu-se expresia randamentului si analizandu-se dependenta acestuia de functie de gradul de recuperare si raportul de crestere a presiunii. In continuare, se prezinta ciclul cu racire si incalzire intermediare, care aproximeaza un ciclu Ericsson. Ultima parte a subcapitolului trateaza turbomotoarele de aviatie. Justificarea consta in faptul ca acestea constituie principala aplicatie a turbomotoarelor cu gaze. Sunt descrise, caracterizate si clasificate cele trei tipuri de baza (turboreactorul, turboventilatorul si turbopropulsorul) si sunt prezentate comparativ cele mai utilizate turbomotoare de aviatie care echipeaza avioane civile de pasageri. Ultimul subcapitol trateaza ciclurile frigorifice cu gaz perfect. Primul ciclu analizat este ciclul Bell-Coleman. Se determina eficienta frigorifica a ciclului teoretic si se analizeaza factorii care o influenteaza. Se repeta apoi aceste operatiuni si in cazul ciclului ireversibil fara recuperare, respectiv cu recuperare partiala. Ca aplicatii ale ciclului Bell-Coleman sunt studiate sistemele de asigurare a parametrilor aerului interior la aeronave. Este justificata alegerea acestui ciclu in cazul studiat si se face o scurta prezentare a conditiilor de zbor si modul cum necesitatea de a raci aerul interior decurge din acestea. In continuare, se prezinta schemele de functionare ale unui sistem de asigurare a confortului termic al unui avion de pasageri de viteza medie, respectiv a unui sistem bootstrap pentru un avion de pasageri de mare capacitate si de mare viteza. In acest din urma caz, este prezentat modelul de calcul al eficientei frigorifice a ciclului. Al doilea ciclu frigorific cu gaz perfect prezentat si analizat este ciclul Stirling invers. Este descrisa masina frigorifica Stirling si ciclul teoretic si se determina expresia eficientei frigorifice teoretice, aratandu-se ca aceasta este egala cu cea a ciclului Carnot invers.

Capitolul XI se intituleaza Proprietatile substantelor pure. Primul subcapitol defineste conceptul de substanta pura si face scurte caracterizari celor trei faze: solida, lichida si gazoasa. Proprietatile unei substante pure si modul in care acestea sunt determinate si influentate de structura sa moleculara, sunt exemplificate pe cazul uneia din cele mai intalnite substante: apa. Urmatorul subcapitol abordeaza transformarile de faza. Sunt discutate echilibrul fazelor si regula fazelor a lui Gibbs si se prezinta si discuta diagrama fazelor, fiind caracterizate tipurile posibile de transformari de faza. In continuare, se analizeaza vaporizarea izobara a unei substante si se face reprezentarea acesteia in diagramele p-v si T-s. Sunt apoi prezentate suprafetele p-v-T ale unei substante care se contracta prin solidificare, respectiv ale unei substante care se dilata prin solidificare. In al treilea subcapitol este dedusa ecuatia Clausius-Clapeyron si sunt discutate cazurile particulare pentru transformarile de faza solid-lichid, solid-gaz, respectiv lichid-gaz. Ultimul subcapitol se refera la proprietatile vaporilor. Sunt prezentate si caracterizate tabelele de vapori saturati, respectiv supraincalziti, este definit titlul vaporilor si sunt deduse relatiile de calcul pentru marimile de stare ale vaporilor saturati umezi. La sfarsitul subcapitolului sunt prezentate si descrise diagramele pentru vapori: p-v, T-s, h-s, lg p -h.

Capitolul XII, Gaze reale, incepe cu un subcapitol in care este facuta caracterizarea acestora. Dupa un exemplu prin care este evidentiata magnitudinea erorilor care rezulta la calculul volumului specific al unui gaz real daca pentru aceasta se utilizeaza modelul gazului perfect, este introdus factorul de compresibilitate Z. Aici sunt definiti parametrii redusi si este prezentata diagrama generalizata a factorului de compresibilitate pentru diferite gaze, pe baza careia este enuntat principiul starilor corespondente. Sunt apoi prezentate si comentate diagramele Nelson-Obert, modelul factorului acentric propus de Pitzer si metoda analitica de determinare a factorului de compresibilitate dezvoltata de Lee si Kesler. In continuare sunt prezentate izotermele Andrews si diagrama Amagat si se trateaza fenomenul de laminare a unui gaz real, plecand de la care este descris, determinat cantitativ si interpretat efectul Joule-Thomson. Finalul subcapitolului prezinta notiunea de fugacitate. Urmatorul subcapitol abordeaza calculul marimilor termice ale gazelor reale. Sunt deduse abaterile (numite si proprietati reziduale) in cazul energiei interne, entalpiei si entropiei unui gaz real, utilizand doua metode. Prima se bazeaza pe o ecuatie generala dedusa pentru entalpia libera Gibbs, plecand de la care se obtin ecuatii intermediare pentru fiecare marime, iar a doua pleaca de la ecuatiile diferentiale obtinute in Cap. VII. Subcapitolul care urmeaza se ocupa de calculul caldurilor specifice ale gazelor reale. Ecuatia van der Waals este subiectul urmatorului subcapitol. Sunt prezentate rationamentele care stau la baza obtinerii formei acestei ecuatii si se traseaza grafic izotermele van der Waals. In acest context, sunt discutate problema presiunilor negative si cea a starilor metastabile. Sunt prezentate doua metode de plasare a palierului de lichefiere in domeniul bifazic: cea bazata pe entalpia libera Gibbs, respectiv metoda propusa de Maxwell (regula ariilor egale). Subcapitolul se incheie cu deducerea ecuatiei van der Waals in parametri redusi. Ultimul subcapitol prezinta alte ecuatii termice de stare ale gazelor reale. Acestea sunt grupate in ecuatii cubice cu trei parametri (Redlich-Kwong, Redlich-Kwong-Soave, respectiv Peng-Robinson), ecuatii viriale, ecuatia Dieterici, ecuatii cu coeficienti empirici (Beattie-Bridgeman respectiv Benedict-Webb-Rubin) si ecuatii multiparametrice.

Ultimul capitol al primului volum, Cap. XIII, se intituleaza Cicluri energetice cu vapori. Ca baza a discutiei este luat ciclul Carnot direct cu vapori (care constituie subiectul primului subcapitol), ale carui dezavantaje majore il fac inapt pentru scopul propus si din care deriva ciclul Rankine cu supraincalzire. Acesta este descris si prezentat in al doilea subcapitol. Se deduce expresia randamentului termic si in continuare, sunt prezentate si discutate caile generale de marire a randamentului termic (cele care deriva direct din expresia randamentului), respectiv caile specifice: resupraincalzirea si preincalzirea regenerativa (aceasta in cele doua variante: cu schimbatoare de caldura cu amestec, respectiv prin suprafata). Finalul subcapitolului trateaza ciclul real (ireversibil intern). Ciclurile binare sunt discutate in subcapitolul urmator, plecand de la cerintele pe care trebuie sa le indeplineasca agentul de lucru ideal. Pe baza acestora este justificata alegerea combinatiei mercur (partea superioara a ciclului) - apa (partea inferioara). Ultimul subcapitol abordeaza problema cogenerarii. Justificarea acesteia este sustinuta printr-un exemplu de bilant energetic al unui ciclu Rankine cu supraincalzire. Sunt apoi definite conceptele de cogenerare si trigenerare si se prezinta clasificarea sistemelor de cogenerare, prezentandu-se apoi variantele uzuale: cu turbina cu abur (cu contrapresiune, respectiv condensatie), cu turbina cu gaze, cu ciclu combinat Brayton-Rankine, respectiv cu motoare cu ardere interna cu piston. In incheierea capitolului, autorul a considerat ca trebuie inclus ca subcapitol separat, un istoric al utilizarii aburului. Aceasta datorita importantei deosebite a acestui agent, care a pus in miscare primele masini termice si care a determinat astfel nasterea si evolutia termodinamicii, ramanand si in prezent un agent de lucru extrem de utilizat. La sfarsitul volumului este un capitol de anexe, care cuprind o cronologie a evolutiei cunoasterii in domeniul fenomenelor termice, tabele de echivalente intre unitati de masura si o serie de date tabelare sau in format grafic referitoare fie la proprietati termofizice ale diverselor grupe de substante, fie la modelele teoretice
prezentate.

Volumul incepe cu o lista de simboluri si notatii si se incheie cu un index, util pentru gasirea rapida in text a diverselor subiecte sau notiuni tratate.

Autorul isi exprima speranta ca prezenta carte va fi utila celor care o vor consulta si ca observatiile si propunerile de imbunatatire a continutului pentru o eventuala editie viitoare, vor da masura interesului trezit in randul specialistilor in domeniu.