2.5 Рівняння стану

Рівняння F(P,T,v) = 0, що зв'язує між собою параметри стану, називається рівнянням стану даної речовини. Існування такої однозначної залежності засновується на тому, що параметри Р, Т, v визначаються тими самими величинами: швидкістю руху молекул і відстанню між ними, які для кожного конкретного стану мають цілком певне значення.

Кожен із параметрів стану системи є функцією інших її параметрів: Р = f( T,v ); T = φ( P, v ); v = ( P, T )

У системі координат Р, Т, v рівняння стану являє собою повер -хню, яку називають поверхнею стану або термодинамічною по - верхнею (Рис. 2.5).

Якщо хоча б один із параметрів стану змінюється, відповідно змі- нюється стан системи, т.б. відбувається термодинамічний процес.

Питання для самоконтролю

1. Яке значення має енергетика для сучасного суспільства?

2. Дайте визначення поняття енергії.

3. Які способи передачі енергії вивчаються у технічній термодинаміці?

4. Зобразіть принципову схему установки Джоуля і поясніть значення роботи у формулюванні першого закону термодинаміки.

5. Значення закону збереження енергії.

6. Наведіть аналітичний вираз першого початку термодинаміки.

7. Назвіть основні параметри стану.

8. Наведіть рівняння стану.

9. Яким чином можна змінити температуру випару?

10. За рухунок чого кипить холодильний агент у випарнику?

11. Від чого залежить температура кипіння?

Лекція 3 калоричні параметри стану

3.1 Рівноважний термодинамічний стан і рівноважні процеси

Рівняння стану має сенс тільки для рівноважних термодинамічних систем, у яких відсутній видимий обмін речовиною й енергією між різними частинами системи. При цьому необхідно мати на увазі, що на мікроскопічному рівні такий обмін відбувається завжди безупинно у зв’язку з наявністю теплового руху молекул. Однак, цей рух, при рівноважному стані системи, має однакову інтенсивність у протилежних напрямках і тому, на макроскопічному рівні, не сприймається.

Умовою рівноважності стану, є рівномірний розподіл по системі тих параметрів, розходження яких, є причиною обміну енергією. Так, для рівноваги термодинамічної системи у всіх її точках повинні бути однаковими температура й тиск. Відсутність рівноваги всередині термодинамічної системи приводить до складної залежності параметрів стану від часу й положення точки усередині системи, що унеможливлює застосування термодинамічних методів.

Будь яка ізольована система з часом приходить у рівноважний стан, що залишається незмінним доти, поки система не буде виведена з рівноваги зовнішнім впливом. Будь який процес зміни стану тіла являє собою відхилення від стану рівноваги.

Послідовна зміна стану тіла, що відбувається в результаті енергетичної взаємодії робочого тіла з навколишнім середовищем, називається термодинамічним процесом. Процес, що протікає настільки повільно, що в системі в кожен момент часу встигає встановитися рівноважний стан, називається рівноважним або квазистатичним (як би рівноважний).

Будь який реальний процес, в більшій або меншій мері, є нерівноважним. Однак, ця нерівномірність може бути зроблена як завгодно малою в результаті зменшення швидкості здійснення процесу. Таким чином, рівноважний процес є граничним випадком нерівно- важного процесу при прагненні швидкості цього процесу до нуля.

Якщо, наприклад, здійснюється процес стиску в циліндрі, то при русі поршня з кінцевою швидкістю, в першу чергу, будуть стискуватися ті шари газу, які розташовані поблизу поршня, тобто тиск у цих місцях буде більше, ніж середній тиск газу по всьому об’ємі циліндра. Поки збурювання, викликане переміщенням поршня і яке має кінцеву швид- кість, поширюється по всьому об’єму, поршень устигає переміститися на деяку відстань і тиск газу біля поршню знову зростає і т.д. Маємо нерівноважний процес стиску – тиск газу в циліндрі в міру переміщення поршня, буде різним у різних частинах об’єму, який займається газом. Природно, чим менше швидкість здійснення процесу, тим ближче цей процес до рівноважного, тому що при досить малій швидкості руху поршня підвищений тиск під поршнем буде встигати поширюватися по всьому об’єму газу. У цьому випадку, процес буде дуже близький до рівноважного, тому що тиск газу в різних точках об’єму циліндра буде розрізнятися досить мало.