Давление характеризует потенциальную энергию pабочего тела

Лекция №1.

Термодинамика как наука возникла вместе с изобретением тепловых машин. Впервые на вопрос сколько тепла может быть превращено в работу в равновесных процессах ответил в 1824 г итальянский инженер С. Карно. В дальнейшем, с введением Клаузиусом новой термодинамической функции энтропии стало возможнымрассчитывать более сложные процессы, учитывающие неравновесность (потери тепла на трение, турбулизацию потока и т. п.).

Основные понятия термодинамики.

Часть пространства, заключенного в оболочку, образует термодинамическую систему (ТДС). Этообъектнашего наблюдения, другая часть- окружающая среда. ТДС может обмениваться массой сокружающей средой - открытая ТДС, в противном случае – называется закрытой ТДС. В цилиндре двигателя газ расширяясь, совершает работу, отсюда ТДС имеет название рабочее тело. ТДС через оболочку обменивается теплом с источником тепла q или с окружающей средой. Оболочка не пропускает тепло, значит система адиабатна.

Сумма физических величин, описывающая состояние рабочего тела, наз. параметрами состояния. Аналитическая связь параметров – уравнение состояния рабочего тела. Очевидно, что когда говорим о параметрах состояния рабочего тела, это значит что в любой точке объема эти параметры должны быть одинаковы, т.е. должно быть термодинамическое равновесие. С другой стороны, подвод тепла или динамическое воздействие исключают равновесность по всему объему. Поэтому, для приближения реальных процессов к термодинамически равновесным будем полагать, что тепло подводится достаточно медленно, так что достигается равновесие. Будем рассматривать процессы только равновесные.

Основные допущения термодинамики:

1. Сплошность или неразрывность рабочего тела, характеризующегося макропараметрами Р, V, T.

2. Термодинамический процесс протекает с термодинамическим равновесием.

Параметры состояния p,V,T.

Будем рассматривать давление как удельную силу, действующую на оболочку:

p = P/f. [Па]

Важно различать давление, измеряемое прибором и давление, соответствующее параметрам рабочего тела. Манометр устроен так, что измеряемое им давление избыточное

р_м = р_а - р_б

Где р_а – абсолютное давление, соответствующее состоянию pабочее тело, р_б – давление внешней среды (барометрическое).

Давление ниже атмосферного измеряется вакууметром

р_в = р_а - р_б

При этом 0<р_а< р_б.

Температура. Ответственна за внутреннюю энергию pабочего тела

Одно из фундаментальных понятий в термодинамике. Измерить температуру – значит привести рабочее тело и термометр в термодинамическое равновесие. Параметр, который характеризует интенсивность процесса теплообмена между телами с различной температурой. В термодинамике принята Шкала Кельвина, которая называется абсолютной или термодинамической шкалой:

Т=273,15 + t^oC [K]

Шкалу Цельсия можно рассматривать как абсолютную, сдвинутую на 273 единицы для практического пользования.

Отметим, что в связи со сказанным выше, измерение сопровождается теплообменом, возможно лишь в случае, когда теплоемкость термометра во много раз меньше, чем рабочее тело. Сложно измерять температуру в нестационарных процессах. Чтобы термометр «успевал» отслеживать температуру, необходим безинерционный прибор.

Удельный объем. В замкнутой ТДС изменение удельного объема однозначно связано с работой.

Объем, занимаемый 1 кг газа, величина обратная плотности:

v = V/m =1/r [м³/кг]

В замкнутой ТДС удельный объем увеличивается, если производится сжатие pабочего тела; уменьшается, если производится расширение pабочего тела

Все указанные выше параметры являются интенсивными, т.е. присущи любой части pабочего тела и не зависят от его количества.

Уравнение состояния идеального газа.

Все термодинамические параметры зависят друг от друга и эти зависимости могут выглядеть в виде таблиц, графиков или аналитически:

F (р,v,T) = 0

Для анализа термодинамических процессов используют наиболее простую и общую зависимость, полученную для идеального газа. Напомним, что в идеальном газе размером молекул и их взаимодействием пренебрегают, что справедливо для разреженных газов.

Клайперон скомбинировав зависимость параметров при изотермическом процессе и адиабатическом, получил

pv/T = const,

Менделеев обобщил зависимость для 1 кг газа:

рv = RT

Где R –газовая постоянная, [дж/кг К]

В более общей форме уравнение состояния имеет вид

рV = (M/m)R^*T

Где R^* – универсальная газовая постоянная, 8314[дж/моль К]

Уравнение Ван-дер-Ваальса учитывает конечность размеров молекул и их взаимное притяжение–и является моделью реального газа.

Часто уравнение состояния реального газа записывают в виде,

где Z – коэффициент сжимаемости, учитывающий отклонения реального газа от идеального

Дата добавления: 2014-01-04