Основные термодинамические процессы идеальных газов

Для иссле­дования термодинамических процессов вводят понятия о равновесных (обратимых) процессах.

Состояние рабочего тела, при котором давление и температура, а следовательно, и удельный объем во всех его точках не изменяют­ся без внешнего энергетического воздействия во времени, называется равновесным состоянием.

Последовательное изменение состояния рабочего тела, проис­ходящее в результате энергетического взаимодействия рабочего тела с окружающей средой, называется термодинамическим про­цессом. Процесс, при осуществлении которого тело последователь­но проходит непрерывный ряд состояний равновесия, называется равновесным.

Основными процессами в технической термодинамике, весьма важными и в теоретическом и в прикладном отношениях, являются:

  изохорный, протекающий при постоянном объеме;

 изобарный, протекающий при постоянном давлении;

 изотермический, происходящий при постоянной температуре;

адиабатный, при котором отсутствует теплообмен с окружающей средой;

  политропный, удовлетворяющий уравнению

pVⁿ = const.

Первые четыре процесса являются частными случаями политропного процесса.

Реальные газы, вода и водяной пар

К реальным газам в технической термодинамике принято относить перегретые пары некоторых жидкостей. В отличие от воображаемого идеального газа реальный газ, при соответствующих условиях, может быть сжижен, т. е. сконденсирован, или же переведен в твердое состояние.

В технике широко применяют пары различных веществ: воды, ам­миака, хлористого метила, сернистого ангидрида и др. Наибольшее применение имеет водяной пар, являющийся основным рабочим те­лом паровых двигателей, отопительных и других устройств.

Промежуточное состояние вещества между состоянием реального газа и жидкостью принято называть парообразным или просто паром. Превращение жидкости в пар представляет собой фазовый переход из одного агрегатного состояния в другое. При фазовом переходе на­блюдается скачкообразное изменение физических свойств вещества.

Примерами таких фазовых переходов являются процесс кипения жидкости с появлением влажного насыщенного пара с последующим переходом его в лишенный влаги сухой насыщенный пар или обратный кипению процесс конденсации насыщенного пара. Во всех этих фазо­вых переходах существует однозначная связь между давлением и тем­пературой (в данном примере – связь давления с температурой кипе­ния или конденсации).

Одно из основных свойств сухого насыщенного пара заключается в том, что дальнейший подвод теплоты к нему приводит к возрастанию температуры пара, т. е. переходу его в состояние перегретого пара, а от­вод теплоты – к переходу в состояние влажного насыщенного пара. В современной теплоэнергетике основным рабочим телом является водяной пар.

На современных крупных тепловых электростанциях основным двигателем является паровая турбина, где в качестве рабочего тела ис­пользуется водяной пар, который получают в паровых котлах. Процесс парообразования в котлах обычно происходит при постоянном давле­нии, т.е. p = const.