Часть 2 «Теплотехника»

Тема 1. Основные понятия и законы термодинамики

ИДЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ: Уравнение состояния идеальных газов; расчёт параметров состояния массы и газовой постоянной идеального газа.

Термодинамическая система - объект термодинамического исследования, рабочее тело

Стационарное состояние рабочего тела называется равновесным, если его одноименные интенсивные макропараметры имеют одно и тоже значение во всех точках занимаемого им пространства. В противном случае – неравновесное.

Наибольшее практическое применение имеют диаграммы p-V, S-T, i-d.

Абсолютное давление – интенсивная величина, характеризующая среднюю по времени силу, с которой частицы системы действуют на единицу площади стенки сосуда, в котором заключена система.

Давление, которое больше атмосферного, называется избыточным, а которое меньше - разрежением. Для измерения давления применяют манометры, атмосферного давления - барометры, разрежения - вакуумметры.

Термодинамическим параметром состояния является только абсолютное давление, которое отсчитывается от абсолютного нуля давления или абсолютного вакуума.

Для измерения абсолютного давления используют приборы:

Барометр (атмосферное) и манометр (для измерения давлений больше атмосферного) или вакуумметр (разрежение)

Абсолютная температура – интенсивная величина, пропорциональная средней кинетической энергии частиц (молекул газа), из которых состоит система

Температура тела характеризует его способность к теплообмену с окружающей средой или другими телами, включенными в рассматриваемую систему. Теплообмен между телами возможен только при наличии хотя бы бесконечно малой разности их температур. Это означает, что температура является параметром, позволяющим судить о наличии или отсутствии теплового равновесия между телами, находящимися в тепловом контакте друг с другом.

Удельный объем — интенсивная величина, представляющая собой отношение объема системы V, м³ к заключенной в нем массе М, кг,

Параметры состояния равновесной термодинамической системы связаны между собой зависимостью, называемой уравнением состояния. В термодинамике пользуются уравнениями состояния, полученными из опыта или найденными методами статистической физики. Применительно к газообразным термомеханическим системам уравнение состояния можно представить в виде функциональной зависимости:

Идеальными газами называют такие газы, у которых отсутствуют силы сцепления между молекулами, а объём, занимаемый молекулами газа, по сравнению с объёмом, занимаемым самим газом, пренебрежимо мал.

Основные газовые законы:

Закон Бойля - Мариотта: t=const. Если изменение состояния тела происходит при постоянной температуре, то удельные объёмы обратнопропорциональны давлениям, т.е.

Закон Гей-Люссака: р=const. Если изменение состояния тела происходит при постоянном давлении, то удельные объёмы прямопропорциональны температурам, т.е. .

Закон Шарля: V=const. Если изменение состояния газа происходит при постоянном объёме, то давления газа прямопропорциональны абсолютным температурам, т.е.:

Уравнение состояния идеального газа:

р - давление газа, Па;

v – удельный объём, м³/кг;

Т – абсолютная температура, К;

R – удельная газовая постоянная, отнесённая к к 1 кг массы газа и имеющая для каждого газа своё значение.

Зависимость между параметрами p, V и T для случая, когда на один из них не является постоянной величиной.

Закон Авогадро:

Все идеальные газы при одинаковых давлениях и температурах в равных объёмах содержат одинаковое число молекул

,

v- удельный объём,

- молекулярная масса.

Универсальная газовая постоянная :

Если умножить обе части уравнения на , то получим уравнение состояния для 1 киломоля, т.е. . Так как при нормальных условиях p=101325 Па, Т=273К и м³/кмоль, то Дж/кмоль·град.

Величина для всех идеальных газов является одинаковой и называется универсальной газовой постоянной.