1.2. Параметры состояния системы и уравнение состояния

Параметрами состояния термодинамической системы называются следующие физические величины:

• температура T (К);

• давление p (Па);

• плотность ρ (кг/м³) , т.е. масса единицы объема вещества;

• удельный объем (м³/кг), т.е. объем единицы массы вещества, и другие параметры.

Установлено, что задание двух параметров состояния однозначно характеризует состояние термодинамической системы. Значит, три параметра состояния системы однозначно связаны между собой уравнением состояния, которое в общем виде записывается следующим образом

Оно применимо лишь к телам, находящимся в равновесном состоянии, т.е. имеющим одинаковую температуру и давление во всем объеме.

1.3. Уравнение состояния идеального газа

Идеальным называется газ, в котором:

• собственный объем молекул пренебрежимо мал по сравнению с

объемом, который занимает газ;

• отсутствуют силы межмолекулярного взаимодействия.

Реальные газы приближаются к идеальным газам, когда расстояние между молекулами становится большим, т.е. при увеличении удельного объема. Это наблюдается, когда давление стремится к нолю (), тогда удельный объем стремится к бесконечности ().

1.3.1. Уравнение состояния идеального газа

а) для одного кг газа , (1.1)

где – газовая постоянная,не зависящая от параметров состояния (T, p, ) и являющаяся индивидуальной для каждого газа. Для воздуха

.

б) для М кг газа , (1.2)

где - объем, занимаемыйМ кг газа.

в) для одного моля с молекулярной массой М = μ

, или , (1.3)

где , а.

Моль – это количество вещества, которое содержит столько же атомов или молекул, сколько атомов содержится в 12-ти граммах углерода-12 (одного из изотопов углерода).

Это число называется числом Авогадро и приближенно равно 6,022∙10²³ частиц на моль.

Атомная единица массы – это 1/12 массы атома углерода-12.

Атомная масса – это величина, равная отношению массы данного атома к атомной единице массы.

Атомные массы природных химических элементов указываются в таблице периодической системы элементов Д.И. Менделеева.

Молекулярная масса – это отношение массы молекулы данного вещества также к атомной единице массы.

Молекулярная масса практически равна сумме атомных масс всех атомов, входящих в состав молекулы.

Молярная масса – это масса одного моля данного вещества независимо от того, состоит оно из одинаковых молекул или включает в себя различные молекулы (как, например, воздух).

Для химически чистых веществ (О₂, N₂, СО₂ и т.д.) молярная масса численно равна их молекулярной массе.

Установлено, что разные газы при одинаковых р и Т имеют равные объемы одного моля . Например, прир = 101325 Па и Т = 273,15 К

. Один киломоль (кмоль) равен 1000 молей.

Так как одинаков для всех газов, то из (1.3) следует, чтоне зависит от рода газа и является одинаковой для всех газов. Она называетсяуниверсальной газовой постоянной. Величину можно определить, если в (1.3) подставить указанные выше значенияр, Т и :

.

Если известна молекулярная масса какого-либо газа, то его газовая постоянная . Так для воздуха, тогда

Уравнение состояния идеального газа с достаточной точностью может применяться для определения параметров реальных газов в ГТД, в термодинамических процессах, в задачах аэродинамики и т.д.