Параметры состояния

Термодинамическая система

Основные понятия и определения

Исходные понятия, вместе с изложением метода термодинамики и предварительным описанием свойств простейших термодинамических систем, составляют вводную часть курса, предшествующую изложению основных принципов и расчетных соотношений термодинамики.

Объектом изучения термодинамики является термодинамическая система. Под понятием системы подразумевается тело или совокупность тел, находящихся в механическом и тепловом взаимодействии друг с другом и с внешней средой. Система называется закрытой, если она сохраняет постоянное количество вещества при всех происходящих в ней изменениях; если нет, то систему принято называть открытой.

Если между системой и окружающей ее средой нет каких-либо энергетических взаимодействий, то такую систему принято называть изолированной системой.

Система, состоящая из одной фазы вещества или веществ, называется гомогенной. Гомогенная система, неподверженная действию гравитационных, электромагнитных и других сил и имеющая во всех своих частях одинаковые свойства, называется однородной.

Система, состоящая из нескольких гомогенных частей (фаз), отделенных поверхностью раздела, называется гетерогенной.

Термодинамической системой принято называть систему, внутреннее состояние которой определяется значениями определенного количества независимых переменных, которые принято называть параметрами состояния. Если состояние термодинамической системы и ее параметры не изменяются во времени, то говорят, что система находится в равновесном состоянии.

Равновесным состоянием системы называется такое состояние системы, которое может существовать сколь угодно долго при отсутствии внешнего воздействия.

Простейшей термодинамической системой или простым телом называется равновесная система, физическое состояние которой вполне определяется значениями двух независимых переменных. К простым телам относятся: газы, пары, жидкости и многие твердые тела, находящиеся в термодинамическом равновесии и не подверженные химическим превращениям, действию гравитационных и электромагнитных сил.

Параметры состояния - физические величины, характеризующие внутреннее состояние термодинамической системы. Параметры состояния термодинамической системы подразделяются на два класса: интенсивные и экстенсивные. Интенсивные свойства не зависят от массы системы, а экстенсивные - пропорциональны массе.

Термодинамическими параметрами состояния называются интенсивные параметры, характеризующие состояние системы.

К термодинамическим параметрам состояния относятся: удельный объем (), давление () и температура ().

Удельный объем () - это объем единицы массы вещества, а величина, обратная удельному объему, называется плотностью вещества ()

; r ; , (1)

где V – объем, м³; G – масса вещества, кг; – удельный объем, ; – плотность, .

Отношение массы вещества (G) к его молярной массе () определяет число киломолей (кмоль) вещества

. (2)

Объем киломоля вещества или молярный объем связан с удельным объемом следующим соотношением:

. (3)

Абсолютное давление () есть предел отношения нормальной составляющей силы к площади, на которую действует эта сила

p = . (4)

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 барометрического типа, а для измерения избыточного давления – приборы манометрического типа. Так как в расчетные соотношения термодинамики входит лишь абсолютное давление, то оно определяется как сумма манометрического давления (p_ман.) и абсолютного давления окружающей среды (p₀ ).

Температура есть единственная функция состояния термодинамической системы, определяющая направление самопроизвольного теплообмена между телами.

В термодинамике для измерения температур используется международная стоградусная температурная шкала Цельсия (t, °С), а в качестве параметра состояния используется абсолютная температура (T, K).

Абсолютная температура (Т) измеряется по термодинамической абсолютной шкале температур, которая аналитически строится на основе дифференциальных соотношений термодинамики. При практическом построении термодинамической шкалы в качестве реперных точек принимаются абсолютный нуль (- 273,15 °С) и параметры тройной точки воды. Между температурами по шкале Кельвина и шкале Цельсия существует следующая зависимость: 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 изменении температуры тела; термометрами сопротивления, где происходит изменение электрического сопротивления датчика при изменении температуры тела; оптическими пирометрами, где используется зависимость интенсивности излучения от температуры тела и длины волны излучения и т.д.

Связь между параметрами, характеризующими состояние простого тела, называется уравнением состояния F (р, v, T) = 0.

Дата добавления: 2015-05-09