Основные термодинамические параметры состояния.

Предмет технической термодинамики и ее задачи.

Термодинамика – наука о превращениях различных видов энергии друг в друга.

Термодинамика делится на три части:

общая термодинамика – изучает:

а) процессы превращения энергии в твердых, жидких и газообразных телах;

б) излучение различных тел;

в) магнитные и электрические явления;

г) устанавливает математические зависимости между термодинамическими величинами.

химическая термодинамика – на основе законов общей термодинамики изучает:

а) химические, тепловые, физико-химические процессы;

б) равновесие и влияние на равновесие внешних условий.

техническая термодинамика – рассматривает:

а) закономерности взаимного превращения теплоты в работу;

б) устанавливает взаимосвязь между тепловыми, механическими и химическими процессами, которые совершаются в тепловых и холодильных машинах;

в) изучает процессы, происходящие в газах и парах, а также свойства этих тел при различных физических условиях.

Техническая термодинамика, применяя основные законы к процессам превращения теплоты в механическую работу и механической работы в теплоту, дает возможность разрабатывать теорию тепловых двигателей, исследовать процессы, протекающие в них, и позволяет выявлять их экономичность для каждого типа отдельно.

Основные термодинамические параметры состояния.

Понятие термических параметров состояния относится к таким параметрам, которые могут быть непосредственно измерены с помощью приборов. К основным термическим параметрам состояния относятся: удельный объем, давление и температура.

Удельный объем

Удельный объем - это объем единицы массы вещества: (2.1)

где V - объем тела в м3; m - масса тела в кг. Величина, обратная удельному объему называется плотностью:

(2.2)

В практике часто используется понятие удельного веса - это вес единицы объема тела:

(2.3)

где g - ускорение свободного падения (приблизительно 9, 81 м/с2).

При переводе величины в систему СИ, например ρ [г/см3], необходимо все величины формулы (2.3) перевести в систему СИ и выполнить с ними действия арифметическими операторами:

При этом надо напомнить, что 1 кГс = 9, 81 Н. Этим соотношением часто пользуются при переводе несистемных единиц в систему СИ.

Давление

Давление - это силовое воздействие тела и его частей на окружающую среду или оболочку и на соседние части того же тела на единицу поверхности. Это силовое воздействие направлено перпендикулярно к любому элементу поверхности и уравновешивается обратно направленным силовым воздействием окружающей среды, оболочки или соседнего элемента того же тела.

В системе СИ используется единица давления Паскаль [Па], это 1 Н/м2, т.е. сила в один ньютон, действующая по нормали на площадь в один квадратный метр. Для технических измерений паскаль очень маленькая величина, поэтому ввели кратную Паскалю единицу давления бар: 1 бар = 105 Па. Выбор этой единицы измерения даления объясняется тем, что атмосферное давление воздуха на поверхности Земли приблизительно равно оному бару.

В технике часто используется единица давления в старой системе измерения (СГС) - техническая атмосфера 1 атм = 1 кГс/см2 (не путать с понятием физической атмосферы).

Часто измеряют давление, особенно небольшое, высотой столба жидкости (ртуть, вода, спирт и т.д.). Столб жидкости (рис.2.5) производит на основание сосуда давление, определяемое равенством:

(2.4)

где ρ – плотность жидкости в кг/м3;

Н – высота столба жидкости в м;

g – ускорение свободного падения в м/с2;

F, S - сила, действующая на дно сосуда, и его площадь.

Из уравнения (2.4) следует, что давлению Р соответствует высота столба жидкости Н = Р/(ρ g), т.е. высота Н прямо пропорциональна давлению, поскольку ρ g величина постоянная.

В практике высоту столба жидкости часто берут для оценки давления. Поэтому метры и миллиметры столба жидкости стали единицами измерения давления. Для перехода от высоты столба жидкости к Паскалям необходимо в формулу (2.4) подставить все величины в системе СИ.

Например, при 0 ⁰C плотность воды 1000 кг/м³, ртути - 13595 кг/м³ в земных условиях. Подставив эти величины в формулу (2.4), получим соотношения для 1мм столба этих жидкостей и давления в Па:

При определении давления высотой столба жидкости необходимо учитывать изменение ее плотности в зависимости от температуры. Это необходимо делать для сопоставления результатов измерения давления. Так, при определении атмосферного давления с помощью ртутного барометра, его показания приводятся к 0 ⁰С, исходя из соотношения:

(2.5)

где В – действительная высота ртутного столба барометра при температуре ртути t ⁰С,

В₀ – показания барометра, приведенные к 0 ⁰С.

В расчетах используються величины давлений столбов жидкости, приведенных к 0 ⁰С.