1. Термодинамикалық жүйе және жұмыс денесі. Термодинамикалық параметрлер және күй теңдеуі.

Термодинамикалық жүйе деп өзара және сол жүйені қоршайтын сыртқы ортамен жылулық және механикалық (немесе энергия мен зат алмасу) қарым-қатынаста болатын материалдық денелер жинағын және өрісін айтады (1.1-сурет).

Материалдық денелер жиынтығынан көп ноқат сызықша арқылы біраз бөлігін бөліп шығарайық. Көп ноқат сызықша ішінде орналасқан денелер (1,2,3,4) термодинамикалық жүйені құраса, сыртындағы денелер (5,6,7,8) қоршаған ортаны құрайды. Сыртқы (қоршаған) орта деп қарастырылатын термодинамикалық

1.1-сурет Термодинамикалық жүйе.

жүйенің шекарасынан тыс орналасқан басқа барлық денелер мен өрістерді айтады. Қоршаған ортамен энергия немесе затпен алмаспайтын жүйені оқшауланған жүйе дейді. Ал керісінше жүйе мен қоршаған орта аралығында энергия немесе заттық алмасу жүретін жүйені ашық жүйе деп атайды. Ашық жүйеге химиялық реакциялар мен фазалық айналу жүйелері жатады.

Зат алмасу процесі жүрмейтін жүйе жабық жүйе деп аталады. Егер жүйе сыртқы ортамен жылылықпен алмаспайтын болса, онда ол адиабаттық немесе жылу оқшауланған жүйе деп аталады. Термодинамикалық жүйеге жұмыстық денелер (газ, ауа, бу т.б.) және жылу көздері кіреді.

ГАЗДАРДЫҢ КҮЙ -ҚАЛПЫ ПАРАМЕТРЛЕРІ

Термодинамикалық жүйенің күй қалпы мен ерекшелігін сипаттайтын макроскопиялық шама термодинамикалық жүйенің параметрі (параметрлік күй қалпы) деп аталады.

Газдардың күй қалпының негізгі параметрлері болып: қысым, температура және үлесті (меншікті) көлем саналады. Газ күй қалпының параметрлері болып есептелінетін энтальпия h, энтропия s және ішкі энергия U калориялық күй қалпына жатады.

Қысым. Қысым деп жалпы дене беті ауданының өлшем бірлігіне оған перпендикуляр бағытпен әсер ететін күшке тең физикалық шаманы айтады. Газ қысымы деп, газ орналасқан ыдыстың ішкі жақтау бетіне үнемі қозғалыста болатын молекулалардың соққыларының орташа нәтижесін айтамыз. Ол мына теңдеу арқылы анықталады:

P= (1)

мұндағы -газдардың көлем бірлігіндегі молекулалардың саны;

-бір молекуланың массасы;

-молекулалардың ілгерілемелі қозғалысының орташа квадраттық жылдамдығы.

Халықаралық өлшемдер бірлігі бойынша қысым Паскальмен өлшенеді

Сонымен, 1 Па дегеніміз 1Н күштің 1 м² ауданға нормаль бағытпен үлестірілуі. Қысымның бұл өлшем бірлігі шама жағынан өте аз болғандықтан, әдетте оның туынды өлшем бірліктері қолданылады

1кПа=10³Па; 1МПа=10⁶Па; 1ГПа=10⁹Па.

Қысымның тағы да қолданылатын басқа да өлшем бірліктері: 1бар=10⁵Па;

техникалық атмосфера: 1ат=760 мм.сын.бағ; Әдетте, техникада қысымды абсолюттық қысым , атмосфералық (барометрлік) қысым , артық қысым (манометрлік) , вакуумметрлік қысым деп бөледі

; (1.2)

Атмосфералық қысым барометрмен өлшенсе, артық қысым манометрмен, ал вакуумметрлік қысым вакуумметрмен өлшенеді.

Температура. Газдардың молекулалы - кинетикалық теориясына сәйкес температура, жұмыстық денедегі бөлшектердің ілгерілемелік қозғалысының кинетикалық энергиясына пропорционал:

(1.3)

мұндағы =1,380662·10^-23 , Больцман тұрақтысы. (1.3) теңдеуімен анықталған температура термодинамикалық деп аталады. Сонымен температура жылулықтың қозғалыс қарқындылығының өлшемі. Параметр ретінде дененің жылылық күй қалпын сипаттайды. Абсолюттік температура ( ) термодинамикалық шкала бойынша абсолюттік нөлден басталады. Өлшем бірлігі Кельвин ( ). Градус Цельсиямен ( ) арақатынасы:

,

Температураны өлшеу үшін сұйықтық термометрлер, температуралық жұп (термопары), пирометрлер мен басқа да аспаптар қолданылады.

Үлесті (меншікті) көлем деп газ массасы бірлігінің көлемін айтады: , (1.4) мұндағы - газдың толық көлемі,

- газдың массасы, Үлесті көлемге кері шама тығыздық ( ) деп аталады , (1.5)

Жүйені біркелкі күй қалыпта сипаттайтын шамаларды салыстыру үшін «қалыпты жағдай» ұғымы қолданылады. Физикалық қалыпты жағдайда: Р=760 мм.сын.бағ. =101,325 кПа; Т=273,15 К (t=0 ⁰C). Техникалық қалыпты жағдайда: Р=735,6 мм.сын.бағ. =98 кПа; Т=288 К (t=15 ⁰C). Халықаралық өлшем бірлік жүйесі (СИ) бойынша жылу техникасында келесі өлшем бірліктер қолданылады: ұзындық-метр (м), масса-килограм (кг), уақыт-секунд (с), температура-Кельвин (К), аудан - м², көлем - м³, үлесті көлем-м³/кг, тығыздық - кг/м³, жылдамдық - м/с, үдеу-м/с². Күш Ньютонмен (1Н=1кгм/с²), қысым Паскальмен (1Па=1 Н/м²) өлшенеді.

СИ жүйесі бойынша жұмыстың, энергияның және жылулықтың мөлшері абсолюттік джоуль болып есептеледі.