6
плотность, |
кг / м |
3 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отношение массы вещества (G) к его молярной массе ( ) определяет |
||||||||||||||||||
число киломолей (кмоль) вещества |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G |
G |
. |
|
|
|
|
|
|
(2) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Объем киломоля вещества или молярный объем |
v |
связан с удельным |
||||||||||||||||
объемом следующим соотношением: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
v |
V |
v . |
|
|
|
|
(3) |
||||||
|
|
|
|
|
G |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Абсолютное давление ( p ) есть предел отношения нормальной состав- |
||||||||||||||||||
ляющей силы к площади, на которую действует эта сила |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
F |
|
|
|
F |
|
|
|
||||
|
|
|
|
p = lim |
n |
|
|
|
|
|
. |
|
|
(4) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
f |
|
|
|
f |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
f 0 |
|
|
|
n |
|
|
|
|||||||
Давление в системе СИ измеряется в Паскалях (Па=Н/м2).
Давление жидкостей, паров и газов обычно измеряют приборами двух типов. Для определения абсолютного давления используются приборы баро-
метрического типа, а для измерения избыточного давления – приборы мано-
метрического типа. Так как в расчетные соотношения термодинамики вхо-
дит лишь абсолютное давление, то оно определяется как сумма манометри-
ческого давления (pман.) и абсолютного давления окружающей среды (p0 ).
Температура есть единственная функция состояния термодинамиче-
ской системы, определяющая направление самопроизвольного теплообмена между телами.
В термодинамике для измерения температур используется междуна-
родная стоградусная температурная шкала Цельсия (t, °С), а в качестве пара-
метра состояния используется абсолютная температура (T, K).
7
Абсолютная температура (Т) измеряется по термодинамической абсо-
лютной шкале температур, которая аналитически строится на основе диффе-
ренциальных соотношений термодинамики. При практическом построении термодинамической шкалы в качестве реперных точек принимаются абсо-
лютный нуль (-273,15 °С) и параметры тройной точки воды. Между темпера-
турами по шкале Кельвина и шкале Цельсия существует следующая зависи-
мость: T = t + 273,15 К.
Температура измеряется различными термометрическими приборами:
жидкостными и газовыми термометрами постоянного давления (р = idem ),
где происходит изменение объема тела при изменении его температуры, или постоянного объема (v = idem), где происходит изменение давления при из-
менении температуры тела; термометрами сопротивления, где происходит изменение электрического сопротивления датчика при изменении температу-
ры тела; оптическими пирометрами, где используется зависимость интенсив-
ности излучения от температуры тела и длины волны излучения и т.д.
Связь между параметрами, характеризующими состояние простого те-
ла, называется уравнением состояния F (р, v, T) = 0.
Термодинамические процессы
Изменение состояния системы называется процессом.
Равновесный процесс - это непрерывная последовательность равновес-
ных состояний системы.
Обратимым процессом называется такой равновесный процесс,
который допускает возможность возврата этой системы из конечного состояния в исходное путем обратного процесса. В результате прямого и обратного обратимых процессов в системе и во внешней среде не происходит каких либо остаточных конечных изменений.
Термодинамическим процессом принято считать обратимый равновес-
ный процесс.
8
Любой реальный процесс является в большей или меньшей степени неравновесным. Однако, в принципе, эта неравновесность может быть сдела-
на сколь угодной малой в результате уменьшения скорости осуществления процесса. Таким образом, равновесный процесс является предельным случа-
ем неравновесного процесса при стремлении скорости этого процесса к ну-
лю.
Равновесные процессы могут быть изображены графически на диа-
граммах состояния p-v, р-Т и т. д. Линия, изображающая изменение парамет-
ров в процессе, называется кривой процесса (например, кривая 1-2 на рис. 1).
Каждая точка кривой процесса характеризует равновесное состояние систе-
мы.
Рис. 1.Термодинамическая работа обратимого изменения объема
9
Термодинамическая работа
Работа является одной из форм передачи энергии между системами при их взаимодействии. В механике элементарная работа определяется как произведение проекции силы (Fs) на величину перемещения точки приложения этой силы
L Fs
ds
,
(5)
где ds – элементарное перемещение тела.
В простейшем случае элементарная работа простых тел определяется в зависимости от величины давления и изменения объема (рис. 1)
L F |
ds p f |
s |
|
ds
p dV
,
(6)
где L – элементарная термодинамическая работа обратимого изменения объема, Дж; f – площадь поршня.
Удельная элементарная термодинамическая работа обратимого изме-
нения объема l |
(Дж/кг) определяется соотношением |
l |
L |
|
p dV |
p dv |
. |
(7) |
|
G |
G |
||||||
|
|
|
|
|
Поскольку термодинамическая работа зависит от пути (вида) процесса,
для вычисления интегральных значений полной ( L1,2 ), или удельной ( l1,2 ) ра-
боты должны быть заданы уравнения процессов изменения состояния тела в форме, ( p,V ) 0 либо его графическое изображение в диаграммах состоя-
ния р–V или р–v.
Как следует из соотношений (6), (7), работа определяется площадью под кривой процесса независимо от вида рабочего тела и его свойств (рис. 1).
10
В силу этого координаты р–V и р–v называются универсальными координа-
тами работы.
В частном случае для изобарного процесса (p = idem) интегральные значения полной и удельной термодинамической работы определяются по следующим соотношениям:
2 |
|
|
|
|
|
|
L1,2 = p dV = |
p V2 |
V1 |
; |
|||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
l1,2 = |
p dv = |
p v2 |
v1 |
. |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
(8)
(9)
Работа расширения считается положительной (
dv
0
,
l
0
), а работа
сжатия – отрицательной ( dv 0, l 0 ).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
Эффективная работа реального процесса |
* |
равна разности обратимой |
||||||||||
|
||||||||||||
работы изменения объема L и работы необратимых потерь |
|
|||||||||||
L |
||||||||||||
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
* |
L L |
** |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
эф |
|
. |
|
|
|
|
(10) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Необратимые потери термодинамической работы ( |
** |
) превращается в |
||||||||||
|
||||||||||||
теплоту внутреннего теплообмена ( Q |
|
). |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Потенциальная (техническая) работа
Потенциальной (технической) работой называется работа по переме-
щению сплошных масс (газа, пара или жидкости) из области одного давления
(p1) в область другого давления (p2), т.е. потенциальная работа - это работа обратимого изменения давления.
Элементарная потенциальная работа простого тела определяется из со-
отношения
|
|
W Vdp . |
(11) |
|
|