пособие. ТТД ч1 учебное пособие. Техническая термодинамика

• Название: Техническая термодинамика
• Анкор: пособие
• Дата: 02.02.2023
• Размер: 4.15 Mb.
• Имя файла: ТТД ч1 учебное пособие.doc
• Тип: Учебное пособие; #917693
• страница: 3 из 19

Соотношения единиц измерения давления

Кроме единиц СИ в технике используются и другие единицы измерения давления. Приведем основные из них и их взаимосвязь:

– 1 техническая атмосфера

Р = 1 кгс/см² = 0,981 бар = 10 м вод.ст.= 735,6 мм рт.ст.;

– 1 бар

Р = 1 бар = 750 мм рт.ст. = 10,2 м вод.ст. = 1,02 кгс/см².

В физике используется понятие физической атмосферы – это давление, соответствующее 760 мм ртутного столба над уровнем моря при температуре 0 ^оC:

1 физ.атм = 760 мм рт.ст.= 1,0333 кгс/см² = 1,0133 бар .

При переходе от одной единицы измерения к другой необходимо заменить единицы измерения несистемных величин на соответствующие им в СИ, оперируя с ними как с арифметическими операторами. Например:

1 кгс/см² = 0,981 Н/10^-4 м² = 9,81·10^-4 Н/м² = 0,981 бар.

Температура

Температура – представляет собой меру нагретости тел. В быту температуру отождествляют с понятиями тепло – теплый и холодно – холодный.

В технической термодинамике под температурой понимается величина, пропорциональная энергии движения молекул и атомов данного тела.

Для твердого тела с жесткой кристаллической решеткой температура будет пропорциональна внутренней энергии колебательного движения атомов в молекуле.

Для жидкого и газообразного тела абсолютная температура прямо пропорциональна средней кинетической энергии беспорядочного движения молекулы, приходящейся на одну степень свободы ее движения (поступательного). Эту зависимость для газов можно выразить в виде

, (1.10)

где  – коэффициент пропорциональности;

Т – абсолютная температура, К;

m – масса одной молекулы, кг;

W – средняя скорость поступательного движения молекулы на одну степень свободы, м/с.

Температура определяет направление перехода тепловой энергии (теплоты). Теплота переходит от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Этот процесс энергетического обмена будет самопроизвольно протекать до полного выравнивания температур обоих тел. При этом у первого тела температура будет уменьшаться, а у второго – увеличиваться до установления термического равновесия.

Температура, так же как и давление, относится к интенсивным параметрам, ее измерение осуществляется с использованием экстенсивных свойств вещества. Например, через изменение объема в жидкостных термометрах или электрического сопротивления в термометрах сопротивления, через изменение ЭДС в спае термопары и т.п.

На практике используются две температурные шкалы (рис.1.7). Абсолютная шкала температур Кельвина – ее нижняя граница соответствует точке абсолютного нуля, где отсутствует молекулярное движение (практически недостижима) и единственной экспериментальной точкой принята тройная точка воды, лежащая выше точки таяния льда при нормальном атмосферном давлении (760 мм рт.ст.) на 0,01 ^о, этой точке присвоено значение температуры 273,16 К. Это значение выбрано для того, чтобы разность температур кипения и таяния химически чистой воды при нормальном физическом давлении составляла 100 ^о. Температура в кельвинах соответствует СИ и обозначается как Т К.

В
торая – стоградусная шкала температур Цельсия – широко используется в практике. Эта шкала имеет две опытные точки: 0 ^оС и 100 ^оС, она всем хоошо известна. Температура на ней обозначается как t ^оС. Между абсолютной температурой по шкале Кельвина и температурой по шкале Цельсия имеется соотношение:

T = t + 273,15 . (1.11)

Из (1.11) следует, что температуре 0 ^оС соответствует температура +273,15 К; а 0 К соответствует -273,15 ^оС.

В англоязычных странах и США используется шкала Фаренгейта, для которой справедливо соотношение F = 1,8t + 32.

В дальнейшем изложении материала будет использоваться абсолютная шкала температур Кельвина, как и требует Международная система единиц (СИ). В тех случаях, где практическая целесообразность диктует использование шкалы Цельсия, она будет приводиться совместно со шкалой Кельвина.

1.3. Основные понятия, характеризующие

термодинамическую систему

1.3.1. Равновесные и неравновесные состояния

термодинамических тел и систем

Термодинамически равновесное состояние тела или системы – это такое состояние теплового и механического равновесий элементов тела или системы, которое без внешнего воздействия может сохраняться сколь угодно долго.

Равновесная система – это система тел, находящихся в термодинамическом равновесии, в противном случае она будет называться неравновесной системой.

Так, без учета гравитационных сил равновесное состояние тела или системы есть такое их состояние, при котором по всему их объему давления и температуры имеют одни значения. Равенство только давления во всех точках обусловливает механическое равновесие, равенство температур – термическое равновесие.

При неравновесном состоянии тела (системы) в разных его частях могут быть различны и температуры, и давления. Однако в неравновесной системе могут быть точки, в которых некоторые термические параметры одинаковы.Геометрическое место точек в пространстве, занимаемом системой (телом), с одинаковыми температурами представляет собой изотермическую поверхность, а с одинаковым давлением – изобарическую поверхность. Такие поверхности называютсяизопотенциальными. Изопотенциальные поверхности не могут пересекаться. Изопотенциальные поверхности могут быть и при равновесном состоянии тела. Например, в высоком цилиндре с жидкостью на различных уровнях от его дна будут различные изобарные поверхности, обусловленные действием гравитационного поля Земли. Поэтому равенство параметров в равновесной системе делается с оговоркой – без учета гравитационных сил.