Термодинамика и теплопередача Болгарский А.В. Мухачев Г.А. Щукин В.К. (1013761), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Под термодинамическим процессом пони- мают всевозможные изменения состояния системы, которые возни- кают в ней под влиянием внешних воздействий*. Все процессы, происходящие в термодинамической системе, мож- но разделить на равновесные и неравиовесные. Равновесными процессами называются такие процессы, когда система в ходе процесса проходит ряд последовательных равновес- ных состояний.
Если процесс протекает настолько медленно, что в каждый мо- мент времени успевает установиться равновесие, то такой процесс носит название каазистатическаго. В ходе квазистатнческого про- цесса система и окружающая среда в каждый момент времени на- ходятся в квазиравновесных состояниях, Квазистатические процессы обладают свойством о б р а т и м о- с т и, т. е. в них может быть изменено направление процесса на обратное. Неравновесными процессами называются такие процессы, при протекании которых система не находится в состоянии равновесия.
' В ряде случаев в изолированной системе возможно возникновение процесса в результате неравновесного поля какого-либо потенциала капрнмер химического, который вызывает перемещение вещества на одной части системы в другу~о. м В неравновесном процессе различные части сис|емы имеют различные температуры, давления, плотности, концентрации и т. д. !!роцесс перехода системы из неравновесного состояния в равновесное называется релаксацией, а время перехода в состояние равновесия — временем релаксации. Равновесным состоянием термодинамической системы называется такое состояние, которое не изменяется во времени. Отметим, что неизменность параметров в состоянии равновесия не обусловлена каким-либо внешним воздействием или процессом. В отличие от равновесного состояния стационарное состояние предусматривает постоянство во времени параметров во всех частях системы, но зто постоянство должно поддерживаться с помошью каких-либо процессов.
Каждое равновесное состояние макротела или термодинамнческой системы характеризуют определенные физические величины— равновесные параметры состояния. (В принципе, и в неравновесном состоянии термодинамическая система будет иметь определенные параметры, как например, энергию системы.) Параметры состояния, описывающие поведение макроскопической системы, могут быть подразделены на внешние и внутренние. Внешние параметры характеризуют положение (координаты) системы во внешних силовых полях и ее скорость. Внутренние параметры определяют внутреннее состояние системы.
К ним относятся давление, температура, объем и др. Внутренние параметры в свою очередь подразделяют на интенсивные и экстенсивные. Интенсивные те, величина которых не зависит от размеров (массы) системы. Например, давление и температура системы не изменяются, если мы разделим систему на несколько частей. К интенсивным параметрам можно отнести и удельные параметры, отнесенные к единице количества вещества (удельный объем, удельная теплоемкость и т.
д.). Экстенсивные параметры те, которые зависят от количества вещества в системе. К ним можно отнести общий объем системы, массу и т. д. В термодинамике сушествует подразделение параметров на терлшческие (давление, температура, удельный объем) и калорические — энергетические параметры (удельная энергия, удельная теплоемкость, удельные скрытые теплоты фазовых переходов).
Равновесное состояние термодинамической системы должно определяться совокупностью внешних и внутренних параметров. Если система переходит из одного состояния в другое, то в процессе перехода изменяются как внешние параметры, характеризующие окружающую среду, так и внутренние, характеризующие изучаемую систему.
Для характеристики конкретных условий, в которых находится данная система (вещество), или процесса, идущего в системе, необходимо прежде всего знать такие распространенные внутренние параметры, как абсолютное давление, абсолютная температура, удельный объем или плотность. й 2. Термические параметры Л а в л е и и е. Абсолютным давлением называется сила, дей ству!ошая по нормали к поверхности тела и отнесенная к единице плошади этой поверхности.
Согласно молекулярно-кинетической теории материи, абсолютное давление газа, пара или жидкости является результатом ударов хаотически и непрерывно движущихся молекул и определяется как пщ 2 нл п«ю р=-ив 3 3 Ио 2 (1.1) Вследствие большого разнообразия давлений, применяемь!х в тех- нике, от самых малых (давление в конденсаторах паровых турбин, в вакуумной технике и т. и.) до весьма больших (давление в прессах и т. п) необходимо использовать кратные единицы измерения дав- ления, из которых наиболее часто встречаются ! кн/м' = 1000 и/лга, 1 бир = 10п и/м' = 10 и/сма.
Давление иногда измеряется высотой вертикальногостолба жидкости; наиболее часто применяют для этого ртуть (ртутный баро- * «Ньютон« вЂ” сила, сообщающая телу с массой ! кг ускоренна ! айсека. !3 где л — число молекул вещества в ! лга; т и ига — масса молекулы и ее средняя квадратичная скорость; А/к = 6,0228 1О" — число Авогадро (чнсло молекул в 1 кг/моль вещества); )а — молекулярный вес вещества; )ь о — объем 1 кмоль, т, е. р кг вещества, Уравнение (!.!) называют основным уравнением кинеллической теории газов. Она устанавпивает связь между молекулярными величинами, такпхш, как масса и скорость молекул, и величиной давления, характеризующей газ как целое, и непосредственно замеряемай в опыте. Так как давление газа определяется средней кинетической энергией его молекул в поступательном движении и их числом в единице объема, то р можно рассматривать как статистическую величину.
Соотношение (1.1) получено для простой модели, где молекулы газа можно рассматривать как твердые упругие шарики нези эчительного размера, силы притяжения меншу 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 молекулярной теории) идеальным газом. Если давление измеряется как сила в ньютонах*, действующая на 1 ма поверхности, то единица для измерения давления имеет размерность 1 и/лг = 1 кг/(сека м). метр, ртутный манометр) и воду (водяной манометр).
Подсчет для воды дает следующее: 1 ма воды имеетмассу !000кгн, следовательно, на плошадь в 1 м' оказывает приблизительно давление 1000.9,81 = 9810 и/ма. Для ртути, имеющей прн 0' С плотность в !3,696 раз большую, чем вода, во столько же раз увеличивается давление. В табл. 1.1 приведены соотношения для основных единиц измерения давления.
Таблица 1-1 Миллимет ры водкиого столба. 1 мм воо. ст.=! кг) и' Ньютон ив ивадратиыа метр, кум Техивчес каи атмос фере, 1 от=1 кГугм' Миллимвт ры ртути ого втолба, мм ргк. гт Фиаичес- кав атмос фера, отм Бар 1 бар 1 и7мх 1 атм 1 ат 1 мм рт. ст 1 мм вод. ст. 1 кГ7ма 10' 1 10! 300 98 !ОО 133 750 760 735,6 1 1 !О-' 1,013 0,981 0,00133 О,987 1 0,968 0,00!316 1,02 1,033 1 0,00!36 10 200 1О 330 !о ооо !3,6 9 81.!О-в 9,81 9,68.10 ! 1О 0,0736 И„= И (1 — аг), (1.2) где Ио — показания барометра (манометра), приведенное к 0' С; " — ВЫСОта СтОЛба жИдКОСтИ, НабЛЮдаЕМая Прн св С; Са — ОбЪЕМНЫй коэффициент расширения жидкости (для ртути гх = 0,000172), Для измерения давления в технике применяются приборы, определяющие не абсолютное, т.
е. полное давление, а разность между абсолютным и атмосферным (барометрическим) давлениями. Приборы, служащие для измерения давлений больше атмосферного, нааывают манометрами. Они показывают избыточное давление над атмосферным. Этот избыток давления называется манометрическим Давлением (избыточным). Для измерения давлений меньше атмосферного применяют вакуумметры, показывающие, наскскчько абсолютное давление меньше атмосферного. Эту недостачу давления до атмосферного называют вакуумом. Методы измерения давления проще всего рассматривать на жидкостных приборах. На рис. 1.1 представлено измерение давления посредством жидкостного прибора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
