1.3. Масса, сила тяжести и вес

В технической термодинамике масса рассматривается как характеристика инертных свойств тела, (такая масса получила название инертной массы). Напомним, что инертность – это свойство тел изменять свою скорость под действием внешних сил. В термодинамических расчетах массу рассматривают как постоянную величину, она получила название массы покоя. Массу покоя макротел определяют на рычажных весах, на которых она уравновешивается массой гири. Так как при этом масса взвешиваемого тела и масса гири оказывается под одинаковым воздействием сил земного притяжения, то результат взвешивания не зависит от местонахождения пункта взвешивания. За единицу массы в СИ принят килограмм (кг).

Сила тяжести – величина векторная, она является мерой земного притяжения. За единицу силы тяжести принята сила, сообщающая массе в 1 кг ускорение равное 1 м/с². Этой силе присвоено наименование – ньютон (Н).

Вес тела также векторная величина и представляет собой силу, с которой тело под действием силы тяжести действует на горизонтальную опору или на нить подвеса. Вес, как и силу тяжести, определяют с помощью динамометра в условиях относительного покоя взвешиваемого тела.

Когда тело неподвижно относительно Земли, либо когда оно движется прямолинейно и равномерно, вес тела равен силе тяжести. При подъеме с ускорением вес тела больше силы тяжести. При спуске с ускорением вес тела меньше силы тяжести. При свободном падении вес тела равен нулю.

1.4. Количество вещества, молярная масса и молярный объем

Количество вещества ( ) – физическая величина, определяемая числом структурных частиц, составляющих тело. Единицей количества вещества в системе СИ является моль. Моль – количество вещества, число структурных частиц которого равно числу атомов, содержащихся в углероде С¹² массой 0,012 кг.

Относительной молекулярной массой называется масса молекулы, выраженная в атомных единицах массы. Она показывает, во сколько раз масса молекулы вещества больше 1/12 массы изотопа углерода С¹².

Молярная масса ( ) – величина, равная отношению массы к количеству вещества:

, (1.1)

где – масса вещества; – количество вещества.

Значение молярной массы, выраженное в килограммах на моль (кг/моль), равно относительной молекулярной массе, которая находиться по таблице Д.И. Менделеева, деленной на 1000.

Молярный объем представляет собой отношение объема, занимаемого веществом, к количеству вещества:

.

где – молярный объем, м³/моль.

2. Основные параметры состояния

2.1. Плотность и удельный объем

Состояние любого вещества, в частности рабочего тела, определяется значениями некоторых величин, которые называются параметрами состояния. Три из этих параметров: плотность (или обратная ей величина удельный объем), давление и температура – являются основными.

Плотность вещества – величина, равная отношению массы тела к его объему

. (2.1)

где – плотность вещества, кг/м³.

Удельный объем вещества – величина, равная отношению объема к его массе.

. (2.2)

где – удельный объем вещества, м³/кг.

Из сопоставления уравнений (2.1) и (2.2), видно, что плотность и удельный объем – величины обратные друг к другу, и поэтому .

Объем газообразных тел при большом изменении давления и температуры значительно изменяется, при этом изменяется их плотность и удельный объем. Поэтому когда говорят о значении плотности и удельного объема газообразного тела, то указывают давление и температуру при которых они определены.

В справочной литературе значения удельных объемов и плотностей приводятся при нормальных физических условиях: Па или мм рт. ст. и ⁰С.