Термодинамические параметры.

Любое тело или группа тел, состоящих из множества частиц, называется

макроскопической системой. Состояние системы зависит от внутренних и

внешних факторов. Величины, однозначно определяемые заданием этих

параметров, называются функциями состояния. Под термодинамическими параметрами подразумевают физические величины, характеризующие макроскопическое состояние тел. Термодинамические параметры можно разделить на величины, которые имеют и термодинамический и механический смысл (объем, давление, энергия), и величины, которые имеют только статический смысл

(температура). Температура – одно из основных понятий, играющих важную роль не

только в термодинамике, но и в физике в целом. Температура тела есть

мера его нагретости. Давление определяется как сила, действующая на единицу площади. Существует связь между давлением и кинетической энергией теплового

движения молекул вещества. Удельный объем, как температура и давление, является

термодинамическим параметром, характеризующим макроскопические свойства тел.Молярный объем: V=M*v. M- молекулярный вес.

Термодинамическая система.

Тело или совокупность тел любой физико-химической природы,

полностью характеризующееся некоторым числом независимых макроскопических параметров, называется термодинамической системой. Самой простой термодинамической системой является газ, характеризуемый давлением p, объемом V и температурой Т. Примером более сложной термодинамической системы является газ, находящийся в равновесии с жидкостью в закрытом сосуде. Еще более сложной термодинамической системой будет, например, система, состоящая из жидкости, пара и твердого тела, находящихся в равновесии.Термодинамические системы могут быть полностью или частично изолированными.

Термодинамический процесс и термодинамическое равновесие.

Любое изменение в термодинамической системе, связанное с изменением хотя бы одного из ее термодинамических параметров, называется термодинамическим процессом. Макроскопическая система находится в термодинамическом равновесии, если состояние ее не меняется с течением времени. Предполагается при этом, что внешние условия рассматриваемой системы остаются неизменными. При термодинамическом равновесии температура и давление во всех частях систем имеют одно и то же значение.Термодинамическое равновесие является одной из форм теплового движения материи.

Идеальные и реальные газы.

Превращение теплоты в механическую работу в тепловых установках происходит при участии рабочего тела, которым является газ или пар. Газы, которые встречаются на практике, называют реальными. Молекулы этих газов имеют конечный объем, между ними существуют силы притяжения, существенно влияющие на их параметры. Молекулы газа, заключенного в сосуд, находятся в непрерывном хаотическом движении.Для простоты изучения свойств газообразного рабочего тела введено понятие – идеальный газ. Идеальным называют воображаемый газ, в котором молекулы рассматриваются как материальные точки (обладающие массой, но не

имеющие объема), между которыми отсутствуют силы взаимодействия. При больших объемах и малых давлениях, когда расстояние между молекулами во много раз больше собственных размеров молекул, а также при высоких температурах, когда интенсивность хаотического движения молекул велика и поэтому молекулы слабо взаимодействуют между собой, складываются условия, при которых реальный газ можно с некоторым приближением считать идеальным.

Основные параметры рабочего тела.

Наиболее важными параметрами, характеризующими газообразное

вещество, являются давление, температура и удельный объем. Эти

параметры взаимосвязаны, и знание двух из них позволяет определить

третий. Давление. В результате хаотического движения молекулы газа

систематически ударяются о стенки заключающего их сосуда. Суммарное

давление всех ударяющих молекул определяет давление газа на стенки

сосуда. Давление газа измеряют такими же приборами и в тех же единицах

(Па), что и давление жидкости. Температура. Средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул характеризует температуру газа. Чем интенсивней движутся его молекулы, т. е. чем больше кинетическая энергия хаотического движения, тем выше температура. В международной системе (СИ) в качестве единицы температуры принят кельвин (К). Тройной точкой воды называется температура, при которой все три фазы вещества (твердая, жидкая и газообразная) находятся в равновесии.

Закон Авагадро.

Закон Авогадро для идеальных газов заключается в следующем: все

газы при одинаковом давлении и температуре содержат в равных объемах

одинаковое число молекул. Из этого закона следует, что массы двух равных объемов различных газов с молекулярными массами µ1и µ2 равны соответственно М1= m1 N иМ2= m2 N, где m1 и m2 – соответственно, масса одной молекулы рассматриваемых газов; N – число молекул в рассматриваемом объеме. Массы молекул пропорциональны молекулярным массам: m1=zµ1; m2= zµ2, где z – коэффициент пропорциональности, тогда М1= zNµ1 и М2= zNµ2.

Уравнение состояния идеального газа.

pV/ T= R= const, где R – газовая постоянная. Для 1 кмоля газа уравнение имеет вид, pV∞ =R0 T. R 0=8,31 10 /3(Дж кмоль ⋅К). Для произвольной массы газа М с молекулярной массой µ выражение: pV∞ = R0T; pV=M/∞*R0T, где V – объем, занимаемый М кг газа; М/µ – число кмолей газа. Полученное уравнение можно записать также в виде: pV=MRT.

Смесь газов. Закон дальтона.

Количественный состав газовой смеси может быть задан в массовых и объемных долях. В первом случае задается относительное массовое содержание отдельных газов в смеси (m1= М1/М…).M =M1+ M2+… +M; m1+ m2+… +m=1. При определении состава газовой смеси по объему используют закон Дальтона. Закон Дальтона. Если различные компоненты газовой смеси не вступают в химические реакции друг с другом, то каждый газ занимает весь объем сосуда, в котором помещена смесь, равномерно распределяясь в нем. Давление, которое оказывает каждый газ в смеси, называют парциальным. Его можно определить по температуре и объему смеси на основании характеристического уравнения для данного газа, имеющего вид: pV=MRT. Дальтон открыл закон, согласно которому давление, оказываемое смесью, равно сумме парциальных давлений отдельных газов, входящих в состав смеси: p=∑ pi. Смесь газов ведет себя как однородный газ, и ее состояние в равной степени можно описать следующими характеристическими уравнениями: pv=RT – для 1 кг газовой смеси; pV=MRT – для М кг смеси; pV µ=R0 *T – для 1 кмоля смеси. В первых двух уравнениях неизвестной является газовая постоянная, а в третьем уравнении – объем каждого киломоля газовой смеси.

Первый закон термодинамики.

Первый закон термодинамики представляет собой закон сохранения и

превращения энергии для термодинамических систем. Он устанавливает

количественную связь между изменением внутренней энергии системы и

внешними воздействиями на нее. Существует множество различных видов энергии (электрическая, кинетическая, внутренняя и др.), качественно различающихся между

собой. Энергия данного вида в результате взаимодействия тел может превращаться или переходить любой другой вид энергии, причем в изолированной системе сумма всех видов энергии является величиной постоянной. Энергия изолированной системы при любых происходящих в системе процессах не меняется; энергия не уничтожается и не создается (закон сохранения и превращения энергии). На основе закона сохранения и превращения энергии могут быть установлены точные количественные соотношения между отдельными видами энергии.

Термодинамический процесс.

Последовательность изменения термодинамического состояния

системы называют термодинамическим процессом. Он сопровождает в

общем случае изменением всех или части параметров системы газа. При переходе газа из одного состояния в другое с конечной скоростью не соблюдается равенство параметров газа в различных частях системы и процесс этот не является равновесным. Равновесный процесс можно представить в прямоугольной системе координат в виде линии, т. е. совокупности точек, каждая из которых

представляет собой определенное равновесное состояние газа. Все

реальные процессы протекающие с конечной скоростью, неравновесные, и

их графическое изображение носит условный характер. Термодинамические процессы могут быть обратимыми инеобратимыми. Обратимым называют равновесный процесс, который протекает в прямом и обратном направлениях через один и тот же ряд равновесных состояний, не вызывая изменений в самом газе и в телах, окружающих

систему.Неравновесные процессы необратимы. Все действительные процессы, встречающиеся в теплотехнике, практически необратимы.