1. Параметры состояния рабочего тела

Тело, с по­мощью которого тепловая энергия превращается в механиче­скую, называется рабочим телом. Тела могут совершать работу только в том случае, когда они расширяются.

Для упрощения изучения свойств газообразных тел в техни­ческой термодинамике введено понятие о так называемом иде­альном газе, в котором отсутствуют силы сцепления между моле­кулами, а объем их принимается настолько малым, что им можно пренебречь.

Водяной пар в технической термодинамике рассматривается как реальный газ, на который не распространяются законы и за­висимости идеальных газов.

Основные параметры, характеризующие условия, в которых находится газообразное тело - давление, удельный объем, темпе­ратура.

Давление - результат ударов молекул газа о стенки сосуда, определяется силой, действующей по нормали на единицу по­верхности.

В Международной системе единиц измерения СИ за едини­цу давления принят 1Па = Н/м.

В технике используют и внесистемные единицы измерения давления: техническая атмосфера 1ат = 1кГс/см = 10 кГс/м = 1бар = 9,81·104Па = 10⁴ мм вод. ст. = 735,6 мм рт. ст.

Давление в замкнутом пространстве называют абсолютным. Оно может быть больше или меньше атмосферного давления

^рабс = ^рбар + ^ризб^{; (1.1)}

^рабс = ^рбар ^{- р}вак, (1.1а)

где р_абс - абсолютное давление;

р_бар - барометрическое (атмосферное) давление;

р_изб - избыточное давление;

рвак - вакуумметрическое давление.

Избыточное давление измеряют манометрами, разрежение (вакуум) - вакуумметрами.

Удельный объем - объем единицы массы рабочего тела (м³/кг)

v (1.2)

где V - объем рабочего тела, м³; M - масса рабочего тела, кг.

Величина, обратная удельному объему - плотность (кг/м )

c =1/v

Если масса киломоля , а его объем ( ), тогда удельный объем и плотность одного киломоля

v=µ×v∕µ

ρ=µ∕µ×v

При нормальных условиях удельный объем и плотность од­ного киломоля (Р_о = 760 мм рт. ст. = 101325 Па, t = 0°С, м³/кмоль)

Температура характеризует степень нагрева тела, то есть степень интенсивности движения молекул или меру средней ки­нетической энергии поступательного движения молекул.

Связь между основными параметрами состояния идеального газа устанавливается уравнением Б. Клайперона (1834 г.), кото­рое он вывел на основе законов Бойля-Мариотта и Гей-Люссака. Это уравнение называется характеристическим уравнением или уравнением состояния газа

p×v=R×T(1.10) ,где R - газовая постоянная данного газа, Дж/(кгК).

Для М кг газа уравнение (1.10) имеет вид

pV = MRT. (1.11)

Применив это уравнение к одному киломолю газа, Д. И. Менделеев получил следующее уравнение:

p×µ×v=µ×R×T

где μ*R- универсальная газовая постоянная любого газа, кДж/(кмоль-К).

Эта величина представляет собой работу, совершаемую од­ним киломолем идеального газа при изменении его температуры на один градус при р = const.

По закону Авогадро при одинаковых значениях давления (р = const) и температуры (Т = const) один киломоль любого газа занимает одинаковый объем, поэтому величина универсальной газовой постоянной (μ*R) не зависит от вида газа. Ее значение при нормальных условиях

m×R=p×m×v∕T

Тогда газовая постоянная для любого газа R =