Контрольна робота - термодинамічна система

1. Що таке робоче тіло?
Це газоподібне або рідке речовина, за допомогою якого будь-яка енергія перетворюється в механічну роботу, холод, теплоту. Найбільш поширені робочі тіла: водяна пара - в парових турбінах, продукти згоряння органічного палива - в двигунах внутрішнього згоряння, холодоагенти - в холодильних машинах. У ракетній техніці робочим тілом прийнято вважати ракетне паливо.
2. Якими основними параметрами стану характеризується робоче тіло?
Величини, які характеризують фізичний стан тіла називаються термодинамічними параметрами стану. Такими параметрами є питома обсяг, абсолютний тиск, абсолютна температура, внутрішня енергія, ентальпія, ентропія, концентрація, теплоємність і т.д. При відсутності зовнішніх силових полів (гравітаційного, електромагнітного та ін.) Термодинамічний стан однофазного тіла можна однозначно визначити 3-ма параметрами - питомим об'ємом (?), Температурою (Т), тиском (Р).
Якщо змінити термодинамічний стан системи, т. Е. Підвести або відняти тепло, стиснути газ або дати можливість йому рас-ширитися, то всі параметри даної системи змінять свою величину.

Тиск одно силі, що діє на одиницю площі поверхні тіла. Коли говорять про тиск газу або пари, під силою розуміють сумарну силу ударів молекул цього газу або пари, спрямовану перпендикулярно до стінок посудини. Переважна біль-шинство приладів для визначення тиску вимірює різницю між тиском середовища (іноді званим повним, або абсолютним тиском) р і атмосферних (барометричним) В. Якщо вимірюваний тиск вище атмосферного, такий прилад називається манометром, а вимірюється тиск - надмірною
Рі зб. = Р-В.
У цьому випадку повне (абсолютне) тиск, є-ющееся параметром стану,
Р = Різб. + В.

Якщо вимірюється тиск нижче атмосферного, той-який прилад називається вакуумметром, а вимірюється тиск - вакуумметричний (або вакуумом).
Рвак = В- Р.

У цьому випадку повне (абсолютне) тиск

Температура - це міра нагретости тіла. Якщо теплота переходить від одного тіла до іншого, це означає, що температура першого тіла Т1 більше темпера-тури другого тіла Т2. Якщо ж теплообмін між ті-лами відсутня, температури однакові T2 = T1.

Питома обсяг - це відношення повного обсягу речовини V до його масі m.
v =.
Щільність - це відношення маси речовини до його об'єму.
Тобто щільність є величиною, зворотної питомої-ному обсягу.
Знаючи питому обсяг (або щільність), можна най-ти обсяг речовини за відомою масою
V = m * v, V =
або масу речовини за відомим об'ємом
m = V / v, m = Vr.
Величини, що характеризують термодинамічний стан газу, тиск р, питома обсяг v і температура Т залежать один від одного. Якщо, наприклад, газ певної температури займає якийсь певний обсяг, то він буде перебувати під деяким давши-ленням. Зміна обсягу або температури змінить тиск газу.
Таким чином, з трьох величин р, v і Т дві можуть бути задані довільно, а третя визначиться як функція перших двох.
Залежність, що зв'язує між собою тиск, обсяг і тим-пература газу, називають рівнянням стану даного газу. Це рівняння виражає основне співвідношення, що характеризує термодинамічні властивості газу.
Для ідеального газу рівняння стану має простий вигляд, т. Е. Ставлення твори абсолютного тиску газу на його об'єм до абсолютної температурі залишається постійним. Для 1 кг газу цю постійну величину називають газової постійної і позначають буквою R:
(1-1) або (1-2)
Рівняння стану (1-2) часто називають рівнянням Клапен-рона, на ім'я вченого, який запропонував це рівняння.
Знаючи два параметра газу, за рівнянням (1-1) можна легко знайти третій, так як R є величиною, постійною для кожного газу. Для температурних меж, які зазвичай застосовують в тих-ніку, газові постійні підраховані для більшості газів і зведені в таблиці.
Газова постійна R являє роботу 1 кг газу в процесі при постійному тиску і при зміні температури на 1 градус.
Для довільної кількості газу масою m рівняння стану буде:
. (1-3)
У 1874 р Д.И.Менделеев грунтуючись на законі Дальтона ( "У рівних обсягах різних ідеальних газів, що знаходяться при однакових температурах і тисках, міститься однакова кількість молекул") запропонував універсальне рівняння стану для 1 кг газу, яку називають рівнянням Клапейрона-Менделєєва :
Р ·? = R? · Т /. (1-4)

де. - молярна (молекулярна) маса газу, (кг / кмоль);

R? = 8314,20 Дж / кмоль (8,3142 кДж / кмоль) - універсальна газова постійна і являє роботу 1 кмоль ідеального газу в процесі при постійному тиску і при зміні температури на 1 градус.
Знаючи R? можна знайти газову постійну R = R? / ?.
Для довільної маси газу рівняння Клапейрона-Менделєєва матиме вигляд:
· V = m · R? · Т /. (1-5)

Вимірювання або розрахунок будь-яких характеристик робочого тіла відносяться до кількісної оцінки величини цих характеристик в порівнянні з
еталоном самої величини. Подібні зразки прийняті в міжнародній практиці при введенні стандартів на самі характеристики і їх еталони. В даний час діє, як обов'язковий, міжнародний стандарт (SI) або український (СІ), затверджений в 1980 році як обов'язковий для всіх галузей науки і техніки.
З основних одиниць системи СІ в теплотехніці застосовують: одиницю довжини - метр (м), маси -кіло-грам (кг), часу - секунда (с) і температури - Кельвін (К), з яких можна отримати одиницю пло-щади (м2 ), обсягу (м3), питомої обсягу (м3 / кг), щільності (кг / м3), швидкості (м / с), прискорення (м / с2). Силу вимірюють в ньютонах (1Н = 1 кг * м / с2), тиск в паскалях (1 Па = 1 Н / м2), енергію в джоулях (1 Дж = 1 Н * м), потужність в ватах (1Вт = 1 Дж / с).
Крім того, використовуються приставки кіло (к), мега (М), гіга (Г), відповідно збільшують оди-ниці в тисячу, мільйон і мільярд разів (наприклад, 1 кг = 1000 г; 1 МПа = 106 Па; 1 ГДж = 109 Дж), або
мілі (м) і мікро (мк), відповідно зменшують одиниці в тисячу і мільйон разів (наприклад, 1 мм = 10-3 м, 1 мкс = 10-6 с).
Одиниця тиску паскаль дуже мала і тому не завжди зручна, так як 1 Па менше атмосферного тиску приблизно в 100 000 разів. Тому іноді ис-товують такі більші одиниці, як бар і тих-ническая атмосфера: 1 бар = 105 Па; 1 т. Атм = 1 кгс / см2 = 0,98 бар.
При вимірюванні температури крім шкали Кельві-на, передбаченої системою СІ, допускається шкала Цельсія. Температуру, виміряну в Кельвіна (К), позначають Т, а в градусах Цельсія (° С) - t: T = t + 273,15. Як видно з цієї формули, ціна поділки шкал Кельвіна і Цельсія однакова, лише початок відліку зрушено на 273,15 градуса. Тому при изме-рении різниці температур значення, виражені в Кельвіна і градусах Цельсія, однакові Т2-Т1 = t2-t1.
Енергію в системі СІ вимірюють в джоулях. Крім того, в теплотехніці іноді використовуються кілокалорія (зазвичай для виміру теплоти) і кіловат-годину (для вимірювання електроенергії): 1ккал = 4,19 кДж; 1 кВт * год = 3600кДж.
Необхідно пам'ятати, що одиниці, названі на честь вчених, пишуться з великої літери, а всі ос-фундаментальні - з малої.

3. Як визначаться абсолютний тиск газу по заданому надлишкового тиску і по заданому розрядженню

Тиск повітря або газу: надмірне, абсолютне, диференціальне, атмосферний.
Незважаючи на всю тривіальність і простоту питання, трапляється, що люди не цілком розуміють суть понять «абсолютний тиск», «надлишковий тиск», «диференціальне тиск», (нормальне) «атмосферний тиск» і ін. Плутаючи їх або не розуміючи їх не тільки кількісне, але і якісне відмінність один від одного. На цій сторінці ми решімі написати кілька слів про поняття різних тисків. Ми не прагнули представити нижче повну інформацію з цього питання - її можна без зусиль знайти, наприклад, у Вікіпедії - а намагалися, навпаки, викласти основний зміст цих понять коротко.
абсолютний тиск
Поняття «абсолютного тиску» відноситься до способу вказівки тиску щодо точки відліку. Абсолютний тиск - це той тиск, для вказівки якого використовується, як точка відліку, абсолютний вакуум. Передбачається, що не може існувати тиску, меншого, ніж абсолютний вакуум - отже, щодо нього будь-який тиск може бути позначено позитивним числом.
Те абсолютний тиск, яке знаходиться між абсолютним вакуумом і тиском, яке прийнято вважати наявному на рівні моря (нормальний атмосферний тиск = 101325 Па. 760 мм ртутного стовпа. 1 абсолютний бар), є частковим вакуумом.
Те абсолютний тиск, значення якого вище рівня нормального атмосферного тиску, може бути також визначена як надлишковий тиск, з точкою відліку, за яку прийнято стандартне атмосферний тиск. Абсолютний тиск дорівнює надлишковому тиску плюс атмосферному тиску.
На листі, то, що вказується саме абсолютний тиск, іноді підкреслюють літерою а як в українському, так і в англійській і німецькій мовах, наприклад: бар (а). Наприклад, тиск на рівні моря приблизно становить 1 бар (а).
Надлишковий тиск
Поняття надлишкового тиску також, як і абсолютного тиску, відноситься до точки відліку для вказівки тиску. Надмірний тиск - це той тиск, для вказівки якого використовується, як точка відліку, нормальний атмосферний тиск.
Надмірний тиск дорівнює абсолютному тиску мінус атмосферний тиск. Наприклад, тиск на рівні моря, яке становить 1 бар (а), може бути також зазначено як надлишковий тиск, що становить 0 бар (і).
На листі вказівку на надлишковий тиск іноді підкреслюється літерою і в українській мові, g в англійському (від слова gauge, тобто прилад [ве тиск] - тому що на манометрах зазвичай відображається саме надлишковий тиск), і літерою u в німецькому (від слова Uberdruck, тобто "зверх тиск").

4. Відносини між одиницями вимірювання тиску
Нижче наведені одиниці виміру тиску, які застосовуються для опису параметрів компресорної техніки, повітродувок і вакуумних насосів

Таблиця співвідношень між основними одиницями вимірювання тиску

У таблиці дані наступні позначення: МПа - мегапаскалей або 106 Па (Паскалей), 1 Па = 1 Н / м2; мм рт.ст. - міліметр ртутного стовпа; атм. - фізична атмосфера; ат. = 1 кгс / см2 - технічна атмосфера; PSI (pounds per square inch) - фунт на квадратний дюйм (одиниця тиску, яка використовується в США і Великобританії).
Значення тиску може відраховуватися від 0 (абсолютна тиск або ground в англомовній термінології) або від атмосферного (надмірний тиск або induced по англійськи). Якщо, наприклад, тиск вимірюється в технічних атмосферах, то абсолютний тиск позначається як ата, а надмірне - як ати, наприклад, 9 ата, 8 ати.

5. Що вивчає технічна термодинаміка.
Технічна термодинаміка (т / д) розглядає закономірності взаємного перетворення теплоти в роботу. Вона встановлює взаємозв'язок між тепловими, механічними і хімічними процесами, які відбуваються в теплових і холодильних машинах, вивчає процеси, що відбуваються в газах і парах, а також властивості цих тіл при різних фізичних умовах.
Термодинаміка базується на двох основних законах (началах) термодинаміки:
I закон термодинаміки - закон перетворення і збереження енергії;
II закон термодинаміки - встановлює умови протікання і спрямованість макроскопічних процесів в системах, що складаються з великої кількості частинок.
Технічна т / д, застосовуючи основні закони до процесів перетворення теплоти в механічну роботу і назад, дає можливість розробляти теорії теплових двигунів, досліджувати процеси, що протікають в них і т.п.
Об'єктом дослідження є термодинамічна система, якій можуть бути група тіл, тіло або частина тіла. Те що знаходиться поза системою називається довкіллям. Т / д система це сукупність макроскопічних тіл, що обмінюються енергією між собою і навколишнім середовищем.
Ізольована система - т / д система не взаємодіє з навколишнім середовищем.
Адіабатне (теплоізольована) система - система має адіабатне оболонку, яка виключає обмін теплотою (теплообмін) з навколишнім середовищем.
Однорідна система - система, що має в усіх своїх частинах однаковий склад і фізичні властивості.
Гомогенна система - однорідна система за складом і фізичною будовою, всередині якої немає поверхонь розділу (лід, вода, гази).
Гетерогенна система - система, що складається з декількох гомогенних частин (фаз) з різними фізичними властивостями, відокремлених одна від одної видимими поверхнями розділу (лід і вода, вода і пар).
У теплових машинах (двигунах) механічна робота здійснюється за допомогою робочих тіл - газ, пар.

Розрізняють хімічну термодинаміку, технічну термодинаміку і термодинаміку різних фізичних явищ.