Термодинамічні параметри робочого тіла і термодинамічний стан

Вивчення властивостей робочих тіл ба-зується на використанні основних фізичних газових законів. Зокрема, широко зас-тосовують об’єднаний закон Бойля-Маріотта і Гей-Люссака.

(1)

– абсолютний тиск,

– питомий об’єм,

– – це є енергія 1 кг газу і називається ця величіна потенціальна енергія тиску.

Питомими називають величини, які віднесені до одноі кількісної одиниці речовини, в якості якої розглядають 1 кг, 1 кмоль і 1 . Всі питомі величини позначаються малими літерами.

Закон Бойля-Маріотта

під час .

Але слід зауважити, що лише кількісно. Якісно ця енергія різна. Тому під час вивчення енергії завжди треба роз-глядати як її кількість, так і якість. Фізичні величини, які характеризують кількість і якість енергії, тобто енергетичний рівень робочого тіла, називаються термодинаміч-ними параметрами стану. Таким чином, з рівняння (1) ми бачимо, що таких величин є три: p,v,T. Вони називаються основними параметрами стану,бо можуть визначатись безпосередньо за допомогою певних приладів: метр, термометр,манометр. Енергія хаотичного руху молекул рабочого тіла називається внутрішньою енергією,позначається U і також є парамет-

ром стану. Якщо параметри стану мають певні значення, то сукупність таких значень називається термодинамічним станом робо

Лекція 2. . (стор.12-19)

Термодинамічна рівновага

Параметри стану: p,v,T,u,h,s;

h – повна енергія, або ентальпія;

s – ентропія.

Рівноважним, або квазістаціонарним станомє стан, під час якого значення кож-ного з параметрів стану в будь-якій точці об’єму робочого тіла мають однакове значе-ння. Якщо значення хоча б одного з пара-метрів стану є неоднакове по всьому об’єму робочого тіла, то такий стан називають не-рівноважний.

Якщо однаковою є лише температура робочого тіла, то такий стан називають те-рмічно рівноважний.Якщо однаковим є ті-льки тиск, то називається механічно рівно-важним станом.У плоскій системі координат, припустимо p,v, рівноважний стан по-значається точкою.

Загальні властивості термодинамічних параметрів стану

До них відносяться:

1. Значення параметрів для даного стану можуть бути визначені по значенням двох інших параметрів стану.

2. Параметри стану є функцією стану. Під час зміни значень параметрів вони визначаються кінцевими станами і не залежать від шляху, за яким робоче тіло міняло свій стан.

3. Оскільки зміна значень параметрів стану не залежить від шляху, за яким тіло змінює свій стан, то диференціал зміни параметру є повний диференціал.

4. Якщо зміна значень параметрів протікає за замкненим процесом 1-а-2-с-1, то зміна параметрів у такому процесі дорівнює нулю.

Основні параметри стану

До основних параметрів відносяться: абсолютний тиск, питомий об’єм і абсолютна температур

1. Тискомназивають силу, з якою діє газ на одиницю поверхні посудини, в якій він знаходиться.Вимірюється в Н/м2=Па.

Питомиминазивають величини, які віднесені до 1 кількісної одиниці речовини, в якості якої розглядають 1 кг, 1 і 1 кмоль. Всі питомі величини позначаються малими літерами.

На практиці користуються величиною .

Несистемна одиниця: .

В технічній системі одиниць (СО) за одиницю тиску приймають .

= ;

.

Вимір тиску

Якщо маємо посудину з газом під тиском р, то тиск газу в посудині, виміряний в ньютонах, називається абсолютним тиском.Саме він є параметром стану.

Вимір вакууму

2. Температура–це міра нагрітості тіла, або величина, яка вказує на напрям довільного переходу теплоти від більшої температури до меншої.

Температура вимірюється:

-за абсолютною шкалою Кельвіна(1848р.), система СІ,

- 100-градусна шкала Цельсія, технічна система одиниць.

-шкала Фарангейта(1774р.), англійська система.

)

Нормальні умови: , .

Нормальні технічні умови:

, .

Рівняння стану ідеального газу

Залежність між трьома параметрами стану називають рівнянням стану.

R – питома газова стала,.

(1) рівняння Клапейрона.

R–це величина, яка має однакове зна-чення для всіх термодинамічних станів да-ного газу. Газова стала має такий фізичний зміст: це потенціальна енергія тиску робо-чого тіла, яка припадає на 1К його темпе-ратури.

Продиференціюємо рівняння (1):

;p=const,

, – це робота.

Фізичний зміст питомої газової сталої Rполягає в тому, що це є робота, яку виконує 1 кілограм газу під час свого розширення в ізобарному процесі під час нагрівання на 1 кельвін.

R=pdv/T

Знайдемо значення газової сталої для нормальних умов (тиск ).

1 мм рт. ст.=133,333 Па

р=101325 Па

,

де – об’єм 1 кмоля газу за нормальних умов.

.

;

pvm=mRT,

m – маса робочого тіла.

vm=V;

pV=mRT (2) для m кг газу

,

– об‘єм 1 кмоля газу.

,

– універсальна газова стала–це величина, яка має однакове значення для всіх газів і усіх станів.

(3) – рівняння Клапейрона-Менделеєва для 1 кмоля газу.

Якщо ми маємо n кмолей газу:

(4) – для n кмолей газу.