Irreversibility of Friction and Wear Processes

Ways of energy dissipation by friction are analysed from a thermodynamic perspective. The non-equilibrium and irreversibility of processes in tribological systems are found to be sufficient conditions for Energy dissipation. M. Planck’s currently prevailing opinion that mechanical work can be converted into heat without limitations, e.g., by means of heat, is demonstrated not to apply to the friction of solids subject to wear. Ranges of work conversion into friction heat are determined. The generation of tribological wear particles is dependent on work of mechanical dissipation and its components – surface and volume work. A friction pair or its fragments, where energy is directly dissipated, are treated as open thermodynamic systems. The processes in place are described with the first law of thermodynamics equation. The effect of friction heat and the work of mechanical dissipation on variations of internal energy, enthalpy, and energy transferred to the environment as heat are defined. These dependences should be addressed when planning and interpreting tribological tests.

W artykule zanalizowano sposoby rozpraszania energii przez tarcie z punktu widzenia termodynamiki. Stwierdzono, że nierównowaga i nieodwracalność procesów zachodzących w układach tribologicznych jest warunkiem wystarczającym do wystąpienia rozpraszania energii. Wykazano, że obwiązująca współcześnie opinia M. Plancka, że pracę mechaniczną można zamienić na ciepło bez ograniczeń, np. przez tarcie, nie dotyczy przypadków tarcia ciał stałych podlegających zużywaniu. Ustalono zakresy zamiany pracy na ciepło tarcia. Powstawanie cząstek zużycia tribologicznego uzależniono od pracy dyssypacji mechanicznej i jej elementów składowych – pracy powierzchniowej i objętościowej. Para cierna lub jej fragment, w którym rozpraszanie energii następuje bezpośrednio, potraktowano jako otwarty system termodynamiczny. Zachodzące procesy opisane zostały równaniem pierwszej zasady termodynamiki. Określono wpływ ciepła tarcia i pracy mechanicznej dyssypacji na zmiany energii wewnętrznej, entalpii i energii przekazywanej do otoczenia na sposób ciepła. Te zależności należy wziąć pod uwagę przy planowaniu testów tribologicznych i ich interpretowaniu.