Основные принципы термодинамики. Параметры рабочего тела и их измерение.

Процесс преобразования тепловой энергии в механическую

осуществляется в тепловых двигателях при помощи рабочего тела, назначение которого заключается в восприятии тепла и совершении механической работы.

Существует три агрегатных состояния, в которых вещество встречается в природе: твёрдое, жидкое и газообразное. Работа совершается при расширении, поэтому для рабочего тела наиболее удобной формой состояния вещества по сравнению с другими является газообразное, при котором тело средой. Такую систему называют открытой. Примером открытой системы является поток газа (пара) в турбинах, а также процессы впуска и выпуска в поршневых машинах. Систему, в которой отсутствует обмен между телами, называют закрытой. Примером закрытой системы может быть газ, находящийся в цилиндре с поршнем. Термодинамическую систему, не обменивающуюся теплотой с окружающей средой, называют адиабатной, а не обменивающуюся со средой ни теплотой, ни телами, ни работой – изолированной. Состояние системы, при котором значения характеризующих её физических величин не изменяются во времени, называется стационарным. Если же значения физических величин системы меняются во времени, её состояние называется нестационарным. Величины, характеризующие состояние термодинамической системы, называются параметрами. Основные из них – это давление, температура, удельный объём обладает наибольшей способностью к расширению при нагревании. В основе термодинамики лежат два наиболее общих закона природы. Первый – это закон сохранения и превращения энергии, впервые открытый М.В.Ломоносовым в 1748 году. И подтверждённый работами Дж. Джоуля и Р.Майера в 1843г. Он является фундаментом первого закона, или первого начала, термодинамики. Второй закон, или второе начало, термодинамики является обобщением многочисленных наблюдений и результатов экспериментов. Он определяет переход тепла между телами и совершение работы. Совокупность любых материальных тел (твёрдых, жидких или газообразных), которые могут обмениваться энергией в форме теплоты и работы как между собой, так и с окружающей средой, называют термодинамической системой. Термодинамическая система может обмениваться перемещающимися однородными или разнородными телами с окружающей и плотность.

ДАВЛЕНИЕ. Оно измеряется силой, действующей равномерно на единицу поверхности, и обозначается буквой р. За основную единицу измерения давления в Международной системе единиц (СИ) принят паскаль:1Па=1н/м2. Паскаль – очень малая величина, поэтому используются кратные, более крупные единицы. Давление газа можно измерять высотой столба жидкости.

ТЕМПЕРАТУРА.Под температурой газа понимают запас средней кинетической энергии движения молекул газа. В России применяют две температурные шкалы: термодинамическую и международную практическую. Температура по каждой из шкал может быть выражена двояким способом: в градусах Кельвина (К) и в градусах Цельсия (С) в зависимости от начала отсчёта (положение нуля) на шкале. Под массой тела принимают меру его инертности, т.е. свойство сохранять приобретённое движение или состояние покоя. За единицу массы всех веществ и тел принят 1 кг. Все вещества отличаются друг от друга своей плотностью. Плотность тела определяется как масса единицы объёма, т.е. отношением покоящейся массы к её объёму: R=mlV, где m - масса тела, кг; V- объём вещества, м3.

УДЕЛЬНЫЙ ОБЪЁМ. Он представляет собой выраженный в кубических метрах объём 1кг массы газа, т.е. отношение полного объёма вещества V к его массе M: v=Vlm. Эти величины взаимно обратные (vp=l). Зная удельный объём (или плотность), можно найти объём вещества по известной массе: V=mv; V=mlp. Давление, объём и температура газа находятся во взаимной зависимости. Это значит, что любой из параметров газа может быть найден через два других.