1.2. Основные понятия технической термодинамики

Технической термодинамикой называется наука о свойствах тепловой энергии и законах взаимопреобразования тепловой и механической энергии. Техническая термодинамика положена в основу изучения и усовершенствования всех тепловых двигателей.

Как известно из практики, во взаимопреобразованни тепловой и механической энергии участвует рабочее тело. Как правило, это газообразные тела – газы и пары. Использование в качестве рабочего тела газов и паров объясняется тем, что они, обладая большим коэффициентом теплового расширения, могут при нагревании совершать гораздо большую работу, чем жидкости и твердые тела.

В термодинамике приняты два понятия о газе.

Реальными газами называют газы, молекулы которых обладают силами взаимодействия и имеют конечные, хотя и весьма малые, геометрические размеры.

Идеальными газами называют газы, молекулы которых не обладают силами взаимодействия, а сами молекулы представляют собой материальные точки с ничтожно малыми объемами.

Понятие об идеальном газе введено для упрощения изучения термодинамических процессов и получения более простых расчетных формул.

Водяной пар рассматривают как реальный газ, к которому нельзя применять законы, установленные для идеальных газов. Все реальные газы являются парами тех или иных жидкостей; при этом чем ближе газ к переходу в жидкое состояние, тем больше его свойства отклоняются от свойств идеального газа.

1.3. Основные параметры состояния газа

К основным параметрам состояния газов относятся: давление, температура и удельный объем.

Давление – сила, действующая на единицу площади поверхности тела перпендикулярно последней. Единица измерения 1 Па = 1 Н / 1 м². Давление газа это средний результат силового воздействия большого числа молекул газа на внутреннюю поверхность сосуда, в котором заключен газ.

В технике различают абсолютное давление р_абс, избыточное давление р_изб и разрежение p_в. Под абсолютным давлением подразумевается полное давление, под которым находится газ. Под избыточным давлением понимают разность между абсолютным давлением, большим, чем атмосферное, и атмосферным давлением. Разрежение (вакуум) характеризуется разностью между атмосферным давлением и абсолютным давлением, меньшим, чем атмосферное.

Взаимосвязь между данными видами давления газа выражается формулами (1.1, 1.2).

р_абс = р_б + р_изб (1.1)

р_абс = р_б - р_в (1.2)

где р_б – атмосферное давление по барометру.

Приборы, служащие для измерения давления газа больше атмосферного, называются манометрами и показывают избыточное давление газа над атмосферным. В практике избыточное давление называют манометрическим давлением. Для измерения давления меньше атмосферного применяются вакуумметры, показывающие насколько давление газа ниже атмосферного.

Температура – параметр, характеризующий тепловое состояние тела. Температура тела, являясь мерой хаотического движения его молекул, определяет направление возможного самопроизвольного перехода теплоты от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой.

В СНГ для измерения температур согласно ГОСТ 8.417–81 принята термодинамическая температура Кельвина (обозначение - T), используемая в системе СИ. Кроме температуры Кельвина, согласно СИ допускается применять также температуру Цельсия (обозначение - t).

Связь между температурой Цельсия и термодинамической температурой определяется выражениями:

t = Т - 273,15К (1.3)

Удельный объем. Молекулярно-кинетическая теория устанавливает понятие объема, занимаемого газом, как пространства, в котором перемещаются его молекулы. Объем газа измеряется в кубических метрах. Количество газа определяется его массой, выраженной в килограммах.

Удельный объем – объем единицы массы газа (v, м³/кг).

Плотность – масса газа заключенного в 1 м³ (, кг/м³).

v = V/G = 1/ (1.4)

Кроме рассмотренных основных параметров газа существуют и другие параметры состояния: энтропия S, внутренняя энергия U и энтальпия i.