Основные термодинамические параметры состояния

Свойства каждой системы характеризуется рядом величин, которые принято называть термодинамическими параметрами. Основными: температура, давление и удельный объем.

Давление обусловлено взаимодействием молекул рабочего тела с поверхностью и численно равно силе, действующей на единицу поверхности тела по нормали к последней. В соответствии с молекулярно-кинетиче­ской теорией давление газа определяется соотношением:

, (1.1)

где n – число молекул в единице объема;

m – масса молекулы;

– средняя квадратичная скорость поступательного движения молекул.

В Международной системе единиц (СИ) давление измеряется в паскалях Па

1 Па = 1 Н/м²

1 кгс/см² = 1 ат = 98066,5 Па

1 гПа = 10² Па

1 кПа = 10³ Па

1 бар = 10⁵ Па

1 МПа = 10⁶ Па.

1 мм. вод. Ст. = 9,81 Па

1 мм. рт. ст. ~ 133,33 Па

Давление измеряется при помощи манометров, барометров и вакуумметров.

Жидкостные и пружинные манометры измеряют избыточное давление, представляющее собой разность между пол

ным или абсолютным давлением р измеряемой среды и атмосферным давлением р _атм:

р _изб = р – р _атм.

Приборы для измерения дав­лений ниже атмосферного называют вакуумметрами; их показания дают значение разрежения (или вакуума)

р _в = р _атм – р,

т.е. избыток атмосферного давления над абсолютным.

Параметром состояния является абсолютное давление. Именно оно входит в термодинамические уравнения.

Р_атм = Рt·(1 – β·10^-4·t)

Р_атм = Рt·(1 – 1,72·10^-4·t)

Температура есть мераинтенсивности теплового движения молекул. Ее численное значение однозначно связано с величиной средней кинетической энергии молекул вещества:

(1.2)

где k – постоянная Больцмана, равная 1,380662∙10^-23 Дж/К. Температура Т, определенная таким образом, называется абсолютной.

В системе СИ единицей измерения температур является кельвин (К); на практике широко применяется градус Цельсия (°С).

Т, К = t,°C + 273,15.

Удельный объем n - это объем единицы массы вещества. Если однородное тело массой m занимает объем V, то по определению n = V / m.

В системе СИ единица измерения удельного объема есть м³/кг. Связь между удельным объемом вещества и его плотностью:

n = 1/ r.

Для сравнения величин, характеризующих системы в одинаковых состояниях, вводится понятие «нормальные условия»: физические: P = 760 мм рт.ст.= 101,325 кПа; T = 273,15 К; технические: P = 735,6 мм рт. ст. = 98 кПа; t =15°С.

В технической термодинамике обычно используют физические нормальные условия.

Если все термодинамические параметры постоянны во времени и одинаковы во всех точках системы, то такое состояние системы называется равновесным.

Если между различными точками в системе существуют разности температур, давлений и т.д., то она является неравновесной. В такой системе под действием градиентов параметров возникают потоки теплоты, веществ и т.д., стремящиеся вернуть ее в состояние равновесия. Опыт показывает, что изолированная система с течением времени всегда приходит в состояние равновесия и никогда самопроизвольно выйти из него не может.В классической термодинамике рассматриваются только равновесные системы.