Параметры состояния термодинамической системы

Параметры или функции состояния ТДС – это совокупность физических величин, по которым эту систему можно отличить от другой и проследить за изменениями, которые в ней протекают при взаимодействии с ОС. Их величина не зависит от того, каким путем система пришла в данное состояние.

Равновесное состояние ТДС (состояние равновесия) – состояние, при котором внутри нее отсутствуют макроскопические потоки вещества и энергии. Не все параметры ТДС в равновесном состоянии являются независимыми. Для того чтобы простая термодеформационная система находилась в равновесном состоянии, необходимо чтобы в любой ее точке были постоянны р и Т. Число независимых параметров ТДС равно числу ее термодинамических степеней свободы, т.е. числу способов взаимодействия с ОС.

Термодинамический процесс – это процесс перехода ТДС из одного состояния в другое. Различают равновесные и неравновесные процессы (см. п.1.3.4).

В качестве основных т/д параметров используются:

1) Давление.

В системе СИ принята размерность давления Паскали (Па)

Также применяются внесистемные единицы измерения: бары (бар), миллиметры водного и ртутного столба, и технические атмосферы, которые численно равны килограмм-силе на см² (кг/см²).

Различают абсолютное и избыточное давление.

Абсолютное давление – это давление, отсчитываемое тот вакуума.

Избыточное – это разница абсолютного и атмосферного давления.

В термодинамике принято пользоваться абсолютным давлением.

В термодинамике потока различают полное и статическое давление.

Полное давление равное сумме статического, гидростатического и динамического давлений, остается величиной постоянной в любом поперечном сечении потока.

Статическое давление — это давление неподвижной жидкости. В потоке можно измерить датчиком, движущимся со скоростью потока.

Динамическое давление — это давление движущегося потока жидкости. Измеряется неподвижным датчиком, ориентированным навстречу потоку.

1 бар=10⁵ Па

1 мм.рт.ст=133 Па

1 мм.вод.ст.=9,81 Па

Таблица 1.1 Перевод единиц давления.

2) Температура

Температура – показывает степень нагретости тела и направление протекания теплообмена, представляет собой функцию внутренней кинетической энергии тела, определяемой средней скоростью движения молекул.

В настоящее время используется три температурные шкалы. В термодинамике пользуются шкалой Кельвина [К], в быту – шкалой Цельсия [⁰С].

Шкала Кельвина

В термодинамике используется шкала Кельвина, в которой температура отсчитывается от абсолютного нуля (состояние, соответствующее минимальной теоретически возможной внутренней энергии тела), а один кельвин равен 1/273.16 расстояния от абсолютного нуля до тройной точки воды (состояния, при котором лёд, вода и водяной пар находятся в равновесии).

Шкала Цельсия

В быту используется шкала Цельсия, в которой за 0 принимают точку замерзания воды, а за 100° точку кипения воды при атмосферном давлении. Поскольку температура замерзания и кипения воды недостаточно хорошо определена, в настоящее время шкалу Цельсия определяют через шкалу Кельвина: градус Цельсия равен кельвину, абсолютный ноль принимается за −273,15 °C.

Шкала Фаренгейта

В Англии и в США используется шкала Фаренгейта. В этой шкале на 100 градусов раздёлен интервал от температуры самой холодной зимы в городе, где жил Фаренгейт, до температуры человеческого тела. Ноль градусов Цельсия — это 32 градуса Фаренгейта, а градус Фаренгейта равен 5/9 градуса Цельсия.

Таблица 1.2 Пересчет температуры между основными шкалами

3) Удельный объем (объем единицы массы)

Величина обратная плотности.

Термическое или термодинамическое уравнение состояния – это функциональная связь между параметрами ТДС, находящейся в равновесии с ОС. Для простой термодеформационной системы уравнение состояния имеет вид:

ТДС обладает некоторым полным запасом энергии.