Параметры термодинамической системы. Удельный объем.

Термодинамические параметры состоя ния. Состояние системы изменяется при ее взаимодействии с окружающей сре­дой, например при теплообмене, изме­нении объема (сжатии, расширении), под действием внешнего давления (де­формации), при воздействии электро­магнитных полей и т. д. Очевидно, что в результате взаимодействия должны произойти изменения некоторых физи­ческих свойств.

Макроскопические величины, харак­теризующие состояние термодинамиче­ской системы, называются термодинамическимн параметрами состояния. Величины, определяемые отношением этих параметров к массе систем, называ­ются удельными.

Основными термодинамическими па­раметрами состояния газообразных рабочих тел являются термодинами­ческая температура, абсолютное дав­ление, удельный объем_, энтропия.

 

Удельный объем. Удельный объем однородной системы — величина, опре­деляемая отношением объема системы к ее массе (обозначается v, единица удельного объема — м³/кг). Величина, обратная удельному объему, называет­ся плотностью (обозначается р, единица плотности — кг/м^а). Удельный объем и плотность зависят от температуры и давления. В практических расчетах при сравнении параметров эти величины приводятся к нормальным условиям. Под нормальными физическими усло­виями понимается состояние системы при р= 101 325 Па, Т = 273,15 К.

 

Энтpoпия.

 

Энтропия. Энтропия является одной из широко применяемых в термодина­мике функций состояния. Как физиче­ское понятие была введена в термо­динамику немецким физиком Р. Клау-зиусом при обосновании второго закона термодинамики. Физический смысл эн­тропии раскрывается при анализе вто­рого закона термодинамики методами статистической физики. Приняты обо­значения: S (Дж/К) — энтропия системы; s (Дж/(кг-К) — удельная энтропия. Изменение энтропии определяется только начальным (1) и конечным (2) состояниями системы и не зависит от характера (пути) процесса, поэтому величина dS является полным диффе­ренциалом:

. Дифференциал энтропии при равно­весном процессе – dS=dQ/T. где dQ — количество теплоты, сообща­емое системе при бесконечно малом из­менении ее состояния при термодина­мической температуре Т.

При анализе термодинамических про­цессов и циклов тепловых двигателей интерес представляет чаще всего изме­нение энтропии в этих процессах, т. е. разность значений энтропии системы в двух некоторых состояниях . Для изолированной системы, в кото­рой протекают равновесные процессы, dQ=TdS = 0. И поскольку термоди­намическая температура по физическо­му смыслу не может равняться нулю, то dS=0, S=const.

Энтропия изолированной системы не изменяется, если в ней протекают равновесные термодинамические про­цессы.

Понятие энтропии позволяет приме­нять для анализа циклов тепловых дви­гателей диаграмму состояния Т— S.

 

 

Внутренняя энергия системы.

 

Внутренняя энергия. Существует общая количественная мера движения, кото­рая для совокупности всех взаимодей­ствующих тел остается неизменной.

Единая количественная мера различных форм движения материи называется энергией.

Материальные объекты, выделен­ные в качестве термодинамической си­стемы, характеризуются запасом энер­гии, которая представляет собой вну­треннюю энергию системы [обозначает­ся U, единица — джоуль (Дж)]. Вели­чина, определяемая отношением вну­тренней энергии системы к ее массе, называется удельной внутренней энер­гией и (Дж/кг).

В термодинамических расчетах обыч­но определяется не внутренняя энергия системы как таковая, а ее изменение, соответствующее изменению состояния системы при ее взаимодействии с окру­жающей средой. Внутренняя энергия является одно­значной функцией состояния, и ее изме­нение определяется только начальным и конечным состояниями системы (не зависит от промежуточных состояний, т. е. пути перехода системы) . Величина dUпредставляет собой пол­ный дифференциал. Как функция состояния внутренняя энергия может быть выражена через параметры состояния. В частном случае для термомеханической системы, напри­мер U = U (S, V).

Внутренняя энергия слагается из кинетической энергии поступательного и вращательного дви­жения молекул и колебательного движения атомов, ядерной энергии и др.

При изучении состояния идеального газа принимается, что внутренняя энергия слагается из кинетической энергии поступательного и вра­щательного движения молекул и энергии коле­бательного движения атомов молекул. Для реальных газов возникает необходимость учиты­вать энергию, связанную с наличием сил взаимодействия между молекулами.

 

Энтальпия.

 

Энтальпия. В термодинамических рас­четах применяется и другая функция состояния, называемая энтальпией (обозначается Н, единица энтальпии -Дж).

Энтальпия — функция состояния тер­модинамической системы, равная сумме внутренней энергии и произведения дав­ления на объем системы: Н= U+pV.

Удельная энтальпия (Дж/кг): h=u+pv

Физический смысл энтальпии раскры­вается при анализе состояния движу­щегося газа. Энтальпия, как и другие функции состояния (внутренняя энергия, энтропия), определяется рас­четным путем.