РАБОЧИЕ ТЕЛА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА.

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ.

Общие положения.

При изучении термодинамики и применении её соотношений для анализа конкретных явлений следует учитывать те особенности термодинамического подхода к описанию явлений, которые отличают термодинамический метод от методов принятых в других областях естественных наук.

Главные особенности имеют три основные черты:

1. Метод термодинамический построен на использовании весьма небольшого числа обобщённых зависимостей или закономерностей сформулированных в результате накопления и научного анализа огромного экспериментального материала. Степень достоверности максимальна, рассматриваются как законы природы. Закономерности сформулированы в форме трёх начал термодинамики.

Первое начало – всеобщий закон сохранения энергии, сформулированный в термодинамических понятиях;

Второе начало – устанавливает определённую направленность изменений, возникающих в реальных процессах обмена энергий, не носит общности первого, касается лишь тепловой формы обмена энергий.

Третье начало – объясняет поведение вещества при температуре стремящейся к абсолютному нулю.

Есть ещё одно, четвёртое – «нулевой закон» о термическом равновесии между телами, имеющими равную температуру.

2. Для описания процессов обмена энергией с помощью различных соотношений, получаемых на основе трёх законов термодинамики, используются только физические понятия и величины, смысл которых не связан с существующими представлениями об элементарном строении материи. Величины эти либо могут быть непосредственно измерены, либо вычислены по термодинамическим соотношениям с использованием измеренных величин. Такие величины называют макроскопическими, феноменологическими или термодинамическими в отличие от микромира и его величин. (Термодинамические величины – плотность, давление, температура, объём и т.п.) Эти термодинамические соотношения не меняются в процессе углубления наших представлений о строении вещества, его микромира. Применимы соотношения к веществам в любом состоянии – газам, парам, жидкостям, твёрдым телам, а также к электромагнитному излучению. Недостаток феноменологического метода состоит в том, что для использования общих термодинамических соотношений в конкретных случаях необходима информация о свойствах вещества, что требует эксперимента.

 

В конце Х1Х века получила развитие статистическая термодинамика, как раздел статистической физики. Здесь свойства макроскопических тел рассматриваются и вычисляются на основе представлений микромира вещества, его элементарного состава.

3. Две предыдущие особенности термодинамического метода определяют область приложения термодинамики, устанавливая границы её действия. С одной стороны в силу феноменологического метода исследования применимы лишь к макроскопическим телам, состоящим из большого числа элементарных частиц. С другой стороны эти тела должны быть ограничены. На бесконечную вселенную выводы термодинамики не распространяются, поскольку основные положения формировались в результате наблюдения явлений в ограниченной её части.

 

 

Понятие рабочего тела. Идеальный газ.

В тепловых установках в качестве рабочего тела используют парогазообразные тела, то есть пар или газ. С принципиальной точки зрения разницы между паром и газом нет. Идеальным газом называют такой газ, в котором нет сил взаимного притяжения молекул, а их объём равен нулю. Хотя молекулы идеального газа считаются материальными точками, их массы – величины конечные, определяются молекулярной массой данного вещества. Реальные газы при умеренных давлениях и не очень низких температурах близки к идеальным газам. Отсюда вытекает важность и практическое значение законов для идеальных газов.

Термодинамические параметры состояния.

Параметрами состояния называют величины, имеющие ясную физическую природу и доступные для непосредственного измерения приборами. К этим параметрам можно отнести: температуру, давление, плотность, электрическое напряжение и т.д.

Функциями состояния при этом называют величины более сложной природы, которые не измеряются, но вычисляются. Термины «параметр состояния», а также «свойство системы» практически равнозначны. В термодинамике наиболее удобными и потому распространёнными параметрами являются давление, абсолютная температура и удельный объём. Эти параметры связаны между собой определённой аналитической зависимостью, которая называется уравнением состояния тела. Рассмотрим основные параметры состояния.

 

 

Давление.

 

Существуют понятия избыточного и абсолютного давлений.

 

 

Температура.

Температура характеризует степень нагретости тела. Температура есть уровень средней кинетической энергии движения молекул газа. Известно, что физические свойства тел изменяются с температурой. Эти свойства тел используют при конструировании приборов измеряющих температуру. Жидкостные термометры, пружинные и т.д. Единицей измерения температуры является градус. Опорные точки при построении шкалы называют реперными (760 мм рт. ст., точка таяния льда кипения воды 100 градусов Цельсия). Международная 100 градусная шкала является практическим осуществлением термодинамической шкалы и не зависит от свойств термометрируемого вещества. В системе единиц СИ единицей измерения температуры является градус Кельвина.

 

Удельный объём.

У дельный объём- это объём, занимаемый единицей массы вещества.

Плотность вещества – величина обратная удельному объёму. Параметры ρ, p¸ T находятся в зависимости один от другого, эти зависимости могут быть выражены таблицами, уравнениями, графиками. Наиболее удобно пользоваться аналитическими уравнениями вида:

Уравнение называют уравнением состояния тела. Для реальных тел такое уравнение найти трудно. Даже для парогазообразного реального рабочего тела это уравнение получено лишь с известной степенью приближения в узком диапазоне параметров.

Уравнения, выражающие связь между параметрами равновесного состояния термодинамической системы, называются уравнениями состояния.

 

ЛЕКЦИЯ №3.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: