Основні поняття і опредеоенного
Термодинаміка - наука, що вивчає енергію та закони її перетворення з одного виду в інший. Вивчення основ термодинаміки дозволяє розуміти принципи роботи теплових двигунів (парових машин, двигунів внутрішнього згоряння), теплових насосос, холодильної техніки, кондиціонерів та інших пристроїв.
Технічна термодинаміка - розділ цієї науки, в якому розглядаються взаємоперетворення теплової та механічної енергії за допомогою тіл, званих робочими тілами. Вона є основою теорії теплових двигунів і інших промислових установок, пов'язаних з взаємоперетворення зазначених видів енергії.
Перетворення теплоти в механічну роботу відбувається за допомогою робочого тіла. Найбільш ефективним робочим тілом є те, що має виражені пружними властивостями, що дозволяють тілу значною мірою деформуватися (змінювати свій обсяг) під впливом механічної сили (тиску), термічного впливу (тепла) або термомеханічного впливу.
Спостерігаючи за агрегатним станом різних тіл, можна помітити, що найбільш доцільними робочими тілами для застосування в різних теплових пристроях є гази або пари. Саме вони найбільш повно можуть бути використані в процесах перетворення теплоти в механічну роботу, так як гази і пари, зодного боку, легко деформується (легко стискаються, розширюються) під впливом зовнішніх сил, а з іншого боку, їм властиві значні (порівняно з іншими агрегатними станами тел) за величиною коефіцієнти об'ємного розширення.
Одним з основних в технічній термодинаміці є поняття про термодинамічної системи. представляє собою сукупність тіл, що знаходяться у взаємодії як між собою, так і з навколишнім середовищем. Простим прикладом термодинамічної середовища може служити газ, що розширюється або стискується в циліндрі з рухомим поршнем.
Матеріальні тіла, що входять в термодинамічну систему, поділяють на джерела тепла і робочі тіла, які під впливом джерела теплоти здійснюють механічну роботу.
Для визначення конкретних фізичних умов, в яких знаходиться термодинамічна система, використовують ряд показників, які називаються параметрами стану. У число основних параметрів входять: абсолютна температура, абсолютна тиск р і питомий об'єм υ (або величина, зворотна питомому об'єму, - щільність ρ).
Послідовність зміни стану робочого тіла в термодинамічній системі називають термодинамічним процесом. Основною ознакою процесу є зміна хоча б одного з параметрів стану.
Тиск (р) в термодинаміки визначається як сила, що діє по нормалі на одиницю поверхні тіла. Тиск вимірюється в ньютонах на квадратний метр (Н / м 2).
Розрізняють абсолютне і надлишковий тиск. Під абсолютним розуміють дійсне тиск дійсне тиск робочого тіла всередині судини. Під надлишковим тиском розуміють різницю між абсолютним тиск в посудині і тиском навколишнього середовища. Прилад службовець для виміру цієї різниці тисків називають манометром.
З наведених вище визначень випливає, що для випадку, коли тиск в посудині перевищує тиск навколишнього середовища,
Де Ра - абсолютний тиск в посудині; Рм - манометричний тиск; Рб - тиск навколишнього середовища (барометричний тиск).
Якщо абсолютний тиск менше тиску навколишнього середовища, то різниця між ними називається розрядженням, або вакуумом. Для вимірювання його служить вакуумметр - прилад, що показує різницю тиску навколишнього середовища і абсолютного тиску в посудині. В цьому випадку
Де Рм - розрідження.
Для вимірювання невеликих тисків користуються рідинними приладами, заповненими водою, ртуттю або іншою рідиною.
В системі СІ за одиницю тиску прийнятий один паскаль (Па), причому 1 Па = 1 Н / м 2.
У теплотехнічних установках прилади найчастіше відградуйовані в одиницях системи МКГСС, в якій за одиницю тиску прийнята атмосфера, ам:
1 ат = 1 кг / см 2 = 10 4 кгс / м 2.
Так як 1 кгс = 9,8 Н, то 1 ат = 9,8 × 10 4 Н / м 2 = 9,8 × 10 4 Па, або 1 ат = 98 кПа = 0,098 МПа, а з округленням 1 ат = 0 , 1 МПа.
Слід також зазначити, що робоче тіло знаходиться при нормальних фізичних умовах, якщо тиск його дорівнює 1 атм (р0 = 760 мм рт. Ст. Або 101325 Н / м 2), а температура t0 = 0 0 C.
Під питомою об'ємом робочого тіла розуміють обсяг, яку він обіймав масою в 1 кг цього тіла. Питома обсяг позначається буквою υ і вимірюється в кубічних метрах на кілограм (м 3 / кг).
Під щільністю робочого тіла розуміють величину, зворотну питомій обсягом, тобто масу речовини об'ємом 1 м 3. Щільність позначається буквою ρ і вимірюють в кілограмах на кубічний метр, кг / м 3. З наведених визначень випливає:
де V - об'єм робочого тіла, м 3; m - маса робочого тіла, кг.
Абсолютна температура - це один з основних параметрів, що характеризують тепловий стан тіла, міра ступеня нагретости тіла. Знак різниці температур двох неоднаково нагрітих тел визначає напрямку передачі тепла. Температуру вимірюють або по абсолютній шкалі в градусах Кельвіна (К) і позначають буквою Т, або за Міжнародною стоградусной шкалою з градусах Цельсія (0 С) і позначають буквою t. Одиниця поділки шкали Кельвіна дорівнює градусу шкали Цельсія. Співвідношення між T і t визначається формулою
У США, Канаді та деяких інших країнах застосовується шкала Фаренгейта, в якій за 0 прийнята температура суміші рівних частин льоду і нашатирю. У цій шкалі температура танення льоду дорівнює 32 0 F, а температура кипіння хімічно чистої води дорівнює 212 0 F. Співвідношення між значеннями температури. виміряної за шкалами Цельсія і Фаренгейта:
T (0 F) = 9 / 5t (0 C) + 32