Мухачёв Г.А. Щукин В.К. - Термодинамика и теплопередача (1013614), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Если система переходит из одного состояния в другое, то в процессе изменяются как внешние параметры, характеризующие окружающую среду, так и внутренние, характеризующие изучаемую систему. й Е2. ТЕРМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ Для характеристики конкретных условий, в которых находится данная система (вещество), или ироцесса, идущего в системе, необходимо прежде всего энать такие распространенные внутренние параыетры, как давление„тенператут ра, удельный объем нли плотность. Давление. Давлением называется величина, численно равная силе, действующей по нормали к поверхности тела и отнесенной к единице площади этой поверхности.
Согласно молекулярно-кинетической теории давление газа, пара илн жидкости является результатом ударов хаотически и непрерывно движущихся молекул и определяется по формуле гине 2 АГл глтвэ ,Π— и (1.1) 3 3 ро 2 10 Таблица 1.1 П« /Н/м«) мм Воя. ст. Ед«ммцм «т/см' мм рт. ст 1 Па 1 бар 1 кг/см' (ат) 1 мм рт. ст.
1 мм вод.ст. 102 !О « 1,02 1 1,36.!О з !О с 10-« 1 0,98067 1,33 !О ' 9,8067.10 ' 7,510 ' 7,5 1О' 735,6 1 7 356,10 — с 1 10' 9,8067 10« 133,32 9,8067 0,102 1,02 10« 10« 13,6 1 м Моль определяется как количество вещества, в котором содержится столько молекул, сколько содержится атомов в изотопе углерода 'тС массой 0,012 кг (соответственно кмоль — в 12 кг этого изотопа). 11 где а — число молекул вещества в 1 мз; пт — масса молекулы, кг; да†средняя квадратичная скорость молекул, м/с; А/я=6,02Х Х 10'а кмоль †' — число Авогадро (число молекул в количестве вещества 1 кмоль! *; )ь — малярная масса вещества, кг/кмоль; )зо— малярный объем вещества, мз/кмоль.
Уравнение (1.1) называется основным уравнением кинетической теории газов. Оно устанавливает связь между молекулярными величинами, такими, как масса и скорость молекул, и давлением, характеризующим газ как целое и непосредственно измеряемым в опыте. Так как давление газа определяется средней кинетической энергией его молекул в поступательном движении и их числом в единице объема, то давление можно рассматривать как статистическую величину. Соотношение (1.1) получено для простой модели, где молекулы газа можно рассматривать как твердые упругие шарики незначительного размера, силы притяжения между которыми отсутствуют, а силы отталкивания появляются только при непосредственном столкновении молекул друг с другом или молекулами стенок сосуда.
Движение молекул подчиняется законам классической механики-Ньютона. Значительно разреженный газ, молекулы которого обладают перечисленными свойствами модели, называют в молекулярно-кинетической теории идеальным газом. Единица давления в СИ вЂ” паскаль. Паскаль равен давлению, вызываемому силой 1 Н, равномерно распределенной по поверхности площадью 1 м', перпендикулярной направлению силы: 1 Па=1 Н/мт. Вследствие большого диапазона давлений, применяемых в технике, от самых малых (давление в конденсаторах паровых турбин, в вакуумной технике и т. п.) до весьма больших (давление в прессах и т.
п.), необходимо использовать десятичные кратные и дольные единицы СИ; 1 МПа=10' Па; 1 кПа=10' Па и т. д. В практике применяются единицы технической системы МКГСС н внесистемные. Перевод единиц дан в табл. 1.1. В жидкостных приборах давление измеряется высотой вертикального столба жидкости; в качестве пьезометрнческой жидкости применяют ртуть (ртутный барометр, ртутный манометр) и воду (водяной манометр). Подсчет для воды дает следующее: 1 мз воды имеет массу 1000 кг и, следовательно, на площадь в 1 мз оказывается давление, приблизительно равное 1000 9,81 =9810 Н/мз. Для ртути, имеющей при температуре 0'С плотность в 13,6 раза большую, чем вода, во столько же раз увеличивается давление.
При измерении давления жидкостными приборами следует иметь в виду, что вследствие расширения жидкости при нагревании ее объем увеличивается и, следовательно, увеличивается столб жидкости, что приводит к нее ) Р 1 Р тР 1 правильным показаниям прибора. Поэтому необходимо вы- Р Р соту столба приводить к тем- пературе 0 С по формуле е с С ' Ьо=й(1 — аг) (12) Рис. 1.1 где йе — показание барометра (манометра), приведенное к 0'С; Ь вЂ” показание барометра (манометра), наблюдаемое при 1'С; а †температурн коэффициент объемного расширения жидкости, 'С ' (для ртути а=0,000172 'С '). Приборы, служащие для измерения давлений, ббльших атмосферного (барометрического), называют манометрами.
Этот избыток давления называется манометринеским (избыточным). Для измерения давлений, меньших атмосферного, применяют еакуумметРы, показывающие, насколько абсолютное давление меньше атмосферного. Эту недостачу давления до атмосферного называют разрежением. Методы измерения давления проще всего рассматривать на жидкостных приборах (рис. 1.1). Если давление в резервуаре больше атмосферного (рис. 1.1, а), то жидкость в правом колене трубки установится выше, чем в левом, и разность уровней будет равна а мм. Ниже сечения с — а жидкость в трубке находится в равновесии, следовательно, и в правом и в левом коленах трубки в сечении с — И давление на жидкость одинаково, а отсюда можно написать, что где р — давление газа в резервуаре; Ре — атмосферное давление по барометру; р — плотность пьезометрической жидкости; 1 — внутреннее сечение трубки; а=9,806 м/ст — ускорение свободного падения; др1Й вЂ” вес столба жидкости сечением 1 и высотой а.
При сокращении на )' получаем Р=Ре+КР" где дрй=ри — давление столба жидкости высотой Ь, выраженное в тех же единицах, в каких даны давлениЯ Р и Ре, тогда последнее 12 уравнение получит вид Р— Рл+ Р» (1.3) Таким образом, с помощью манометра определяется избыток давления в резервуаре над атмосферным, а давление в резервуаре определяется формулой (1.3). Если давление в резервуаре меньше атмосферного, то уровень жидкости будет выше в левом колене (рис. 1.1, б) и равенство давлений в сечении с — с( будет выражаться уравнением Р+ эра = Рь> а так как дрй=р„где р,— давление, создаваемое столбом жид- кости высотой й, то (1.4) Р=рь — Рв Следовательно, давление газа в резервуаре (разрежение) равно разности показаний барометра и вакуумметра. Т е м п е р а 'т у р а.
Состояние термического равновесия термодинамнческих систем связано с внутренним интенсивным параметром — температурой. В термически равновесном состоянии температура во всех точках системы одинакова. Температура как мера нагретостн термически равновесной системы определяет не только тепловое равновесие между телами, находящимися в тепловом контакте, что соответствует равенству температур этих тел, но и направление перехода теплоты. Количественное определение температуры связано с использованием любого зависящего от степени нагретости свойства тела.
Так, для измерения температуры может быть использовано тепловое расширение жидкостей (ртутные, спиртовые термометры) или газов (газовые термометры). Часто применяются термометры сопротивления, в которых используется изменение при нагревании электрического сопротивления металлической нити, а также термопары, в которых измеряется напряжение термотока, развивающегося при нагревании сная двух металлов. За единицу температуры принимают градус, имеющий разное значение в различных температурных шкалах. В Международной практической температурной шкале (шкале л(ельсия) за основные реперные точки приняты точка таяния льда при нормальном атмосферном давлении (!01325 Па) 1„=0'С и точка кипения воды при том же давлении 1е — — 100'С.
Разность показаний термометра в этих точках, деленная на 100, представляет собой градус Цельсия ('С). Определяемая по этой условной шкале температура представляет собой так называемую эмпирическую температуру. Согласно молекулярно-кинетической теории абсолютная термодинамическая температура Т=— (.1.5) зэ 2 13 где пт — масса молекулы; У вЂ” средняя квадратичная скорость молекул; 1=1,3805 10 — Я' Дж/К вЂ” константа Больцмана. По уравнению Больцмана (1.5) средняя кинетическая энерги1!! молекулы пропорциональна температуре и не зависит от массь) молекулы. Это уравнение выведено на основании модели идеаль ного газа, в котором молекулы движутся хаотически, так что температура есть величина, пропорциональная средней кинетической энергии поступательного движения молекул идеального газа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
