Дәріс № 2. Жылудинамикасының заңдары және негізгі ұғым.

«Жылудинамикасы» - грек сөзінен шыққан: «терме» - жылу, «динамикос» - күш, қозғалыс, ал барлығы – жылу қозғалтушы күш дегенді білдіреді. Сонымен, жылудинамикасы – жылу қозғалтқышының теориясы болып табылады.

Техникалық жылудинамикасы – жылу мен механикалық энергиялардың өзара алмасуының заңдылығын, сонымен қатар, дененің қасиеттерін де зерттейді. Денелердің жиынтықтағы өзара әрекетте болуын жүйе деп атайды. Осы денелердің арасында жұмыстық дене ерекше орын алады, ол жылу мен жұмыстың өзара алмасу процесін жүргізеді. Қалғаны – қоршаған орта көздері болып табылады.

Жұмыстық дене ретінде газ бен бу алынады. Сұйықтармен салыстырғанда газдар мен булар қыздыру және салқындату кезінде қысымы мен көлемін едәуір өзгертеді.

Техникалық жылудинамикасының әдістері үшін негізгі өзгешелігі жылудиамикалық процестері мен жүйелерінің оқшау болуынан процестегі жұмыс жүйелерінің артуына алып келетіндігінде.

Жылудинамиканың негізін тәжірибемен анықталған екі заңы құрайды. Жылудинамиканың бірінші және екінші заңдары, олар техникалық жылудинамикада жылу мен жұмыстық дене ретінде қолданылады.

Жұмыстық дене күйінің көрсеткіші. Біртекті жұмыстық дененің тепе-теңдікте тұрған физикалық күйімен анықталатын жылудинамикалық көрсеткіштерінің негізінде қысым , температура Т және көлем жатады. Олардың арасында байланыстары бар, оны анықтау үшін, әрбір жұмыстық денені тәжірибе жолымен немесе материяның кинетикалық теориясы негізіндегі дененің салыстырмалы ішкі құрылымын кейбір жорамал түрінде анықтайды. Жалпы түрде көрсетілген көрсеткіштердің аралық қатынасы немесе теңдеу күйі мына түрде болуы мүмкін:

Ол келесі түрде жазылады:

Бұл теңдеудің бірмағыналы күйін анықтау үшін барлық көрсеткіштері қажет емес. Оның үш шамасының , Т берілген екеуімен анықтауға болады. Осыған қарағанда, жұмыстық дене екі өсті координат жүйесімен бейнеленуі мүмкін, көбінесе Р ордината өсі бойынша және абсцица өсі бойынша салынады. Диаграммадағы әрбір нүкте оның белгілі бір күйіне сәйкес келеді. Қысым Р Паскальмен (Па) белгіленеді. Паскаль – қысым 1м² аудан бетіне нормаланған, бірқалыпты бөлінген 1Н (Ньютон) күштің түсуін айтады немесе 1 Па= 1Н/м², мұндағы 1Н=1кг*м/c². Қысым бірлігіне байланысты еселі және бөлшекті сандарының жазылуы:

1кПа (килопаскаль)=10³ Па

1МПа (мегапаскаль)=10⁶ Па

1мПа (миллипаскаль)=10 ^-3 Па және т.б.

Бұрын қолданылатын кейбір теңдіктерді, ал қазіргі кездегі қолданылатын қысымдардың СИ бірліктері:

1кгс/м²=1мм су бағанасы=9,8006 Па=10Па

1кгс/м²=9,8006 Па=100кПа=0,1Мпа

1атм=101,325кПа=760мм сынап бағанасы

1 мм сынап бағ=133,322 Па=133Па

1 бар=0,1МПа

1Мбар=100 Па

Қазіргі кездегі өлшеу техникаларындағы, сұйық қысымы мен газдар саласында қолданылатын өлшеу диапазоны өте кең – 1пПа (пикопаскаль=10 ^-12Па) – дан 1ГПа (гигапаскаль=10⁹Па) – ға дейін.

Абсолютті қысым саласы – нөлден (абсолютті вакуум) және артық қысымға бөлінеді, яғни сұйық қысымы немесе газдардың қоршаған орта қысымының Р_атм аралық айырмасы.

Практикалық жағдай нәтижелері бойынша манометрдің көмегімен қысымды өлшеу мына формуламен анықталады:

мұндағы - артық атмосфералық қысым, ол манометрмен өлшенеді; - қоршаған орта қысымы. Егер қысым атмосфералық қысымнан төмен болса:

мұндағы - ауаның сиретілуі, ол вакууметрмен өлшенеді.

Атмосфералық қысым ауыспалы шама болғандықтан техника саласында қалыпты қысымды қолданады:

Егер заттың көлемі , ал массасы болса, онда теңдеу:

Бұл заттың меншікті көлемі деп аталады. Жылудинамикалық температураны Т, негізгі температуралық шкала, кельвин (К) бойынша өлшейді. Сонымен қатар, жылудинамикалық температураны 1968 жылы Халықаралық практикалық температуралық шкала бойынша алып оны Цельсий (⁰С), градусын t-мен белгілейді. Температураның әртүрлі нүктесіндегі есептелуі мына теңдеу бойынша шешіледі: