3. Термодинамічна система і її робочі тіла.

Речовина, за допомогою якої перетворюється теплова енергія в механічну або навпаки називаєтьсяробочим тілом.

Частина всесвіту, яка виділена для дослідження називаєтьсятермодинамічною системою.Все що є за межами термодинамічної системи – довкілляабонавколишнє середовище. Як правило термодинамічна система і довкілля розділені якоюсь поверхнею розділу при чому в технічній термодинаміці цій поверхні надають властивості розтягуватися чи звужуватися при чому на це розтягування чи звуження не вимагається ніякої енергії.

Класифікація термодинамічних систем:

а) за енергообміном:

– термічно ізольовані; або адіабатні (якщо система не може обмінюватися з довкіллям тепловою енергією)

– механічно ізольовані;(якщо система не може обмінюватися з довкіллям механічною енергією)

– повністю ізольовані.

б) за обміном робочим тілом:

– відкриті – обмінюються з навколишнім середовищем;

– закриті – не обмінюються з навколишнім середовищем.

в) за кількістю фаз в термодинамічній системі:

– гомогенні; – гетерогенні.

 

2.3. Основні термодинамічні параметри стану.

Параметри стану – величини, які характеризують якийсь стан системи. Технічна термодинаміка виділяє три основні параметри стану. Розглянемо їх.

1. Абсолютна температура – міра нагрітості тіла або міра інтенсивності хаотичного руху молекул газу і визначається середньою кінетичною енергією руху молекул газу.

Позначається абсолютна температура Т.

Коли  = 0 (швидкість руху молекул) то  = 0. Тому завжди Т ≥ 0.

Найбільш універсальною є абсолютна термодинамічна шкала температур – шкала Кельвіна (намалювати). Вона має єдину реперну (опорну) точку t = 0,01 ^оС – температура трійної точки води (стан рівноваги льоду, води і пари). Їй приписується значення  = 273,16 К. Різниця між шкалами Цельсія і Кельвіна 273,15 К. Отже T = t + 273,15.

2. Абсолютний тиск.

Розглянемо якусь посудину (намалювати) в середині якої знаходиться газ. Візьмемо стінку посудини – в результату хаотичних рухів молекул відбувається силова взаємодія стінки з молекулами – молекули безперервно б’ються об стінку посудини. Якщо узагальнити і взяти рівнодійну сили що діє на стінку позначивши її буквою  (це векторна величина), а площу поверхні стінки позначити буквою  і віднести силу що діє по нормалі до цієї площі то ми отримаємо поняття абсолютного тиску який позначається малою буквою  .  [Па]. Можна використовувати похідні кПа, МПа як правило вищими величинами тиску в термодинаміці не оперують.

Важливо розрізняти тиск який має термодинамічна система і довкілля. Ось маємо посудину (термодинамічна система) з тискомp до якої під’єднаний U-подібний манометр. Друга вітка манометра сполучена з довкіллям тиск якого  . Тиск довкілля вимірюється приладом – барометр. Розглянемо два варіанти відношення між тисками системи і довкілля – коли ... і .... Тоді тут сила більша діє на рідину а тут менша. Стовпчики відповідно... Перепад позначимо  . Сума бар.та надл.тиску буде абсолютним   , тоді як надлишковий тиск  . Тоді тиск надлишковий, а прилад для вимірювання надлишкового тиску – манометр. Тому часто замість н пишуть букву м.

Отже для вимірювання абсолютного тиску системи необхідно мати два прилади – барометр і манометр (вакуумметр).

А у випадку коли  менший за  . Тоді абсолютний тиск визначається як різниця барометричного тиску і тиску вакууму.  Вакуумметр.....

Використовуються і несистемні одиниці вимірювання тиску:

1 ат = 1 кгс/см² = 9,81∙10⁴ Па – технічна атмосфера; 1 атм = 10,133∙10⁴ Па = 760 мм.рт.ст. - фізична атмосфера; 1 бар = 10⁵Па = 0,1 МПа; 1 мм.вод.ст. = 9,81 Па; 1 мм.рт.ст = 133,33 Па.

3. Об’єм (питомий об’єм).

V, м³  .  . Густину теж дозволяється використовувати в якості третього параметру стану.

Отже в технічній термодинаміці використовуються три основні параметри стану: абсолютна температура, абсолютний тиск, об’єм (питомий об’єм, густина). Їх прийнято ділити на інтенсивні та екстенсивні. (бажано записати)

Екстенсивні – ті що підлягають правилу аддитивності (правило складання). Наприклад об’єм, маса  ,  . Наприклад ми взяли система розділили на багато частинок і визначили об’єм кожної з них, а потім додали ці об’єми то ми отримали загальний об’єм робочого тіла. Так само маса.... Це є правило складальності (аддитивності).

Інтенсивні – температура і тиск. Тому що сума температури і тиску кожної частинки тіла не дасть загальної температури і тиску.

Інтенсивні величини можуть бути рушійними силами процесу, а екстенсивні – ніколи не будуть.

прийнято називати термічними параметрами стану.

2.4 Рівняння стану робочого тіла.

Що стосується рівняння стану робочого тіла то тут треба мати дві сторони його – математичну і термодинамічну.

Якщо розглянемо функцію від основних параметрів стану  – з математичної точки зору це рівняння зв’язку між величинами параметрів стану.

З термодинамічної точки зору: рівняння стану це таке рівняння яке описує всі стани робочого тіла при різних значеннях параметрів стану.

Рівняння стану –це рівняння якоїсь поверхні в трьохмірній системі координат.

Термодинамічна поверхня – геометричне місце безлічі окремих станів робочого тіла.

І зовсім інша справа коли взяти залежність одного параметру від інших. Тоді не потрібна просторова система координат. Тоді візьмемо систему двовимірну на площині і спростимо геометричну інтерпретацію рівняння:

;  ;  (навести схеми). Кожна точка в межах цієї діаграми (саме так називаються ці графіки) є окремим станом робочого тіла.