Здатність робочого тіла і здійснювати роботу, і вступати в теплообмін при зміні його об'єму і відповідно ентропії дозволяє використовувати робоче тіло для перетворення теплового потоку в потік, що утворюється при здійснюють роботи, а також і для зворотного перетворення - роботи в тепловий потік. Перший вид перетворення відбувається в теплосилових установках (двигунах) електростанцій і транспортних засобів, другий - в холодильних машинах і теплових насосах, а також в процесах тертя.
Тому вивчення властивостей робочого тіла і його здібностей до перетворення потоків енергії - роботи і теплового потоку - один в одного є найважливішим завданням технічної термодинаміки.
Якщо всередині термодинамічної системи між її частинами немає перенесення маси (перемішування) і перенесення енергії (в формах роботи або теплообміну), відповідно якщо система знаходиться в стані внутрішнього і зовнішнього спокою, то таку систему називають рівноважною. Якщо нерівноважну систему ізолювати від зовнішнього середовища, то вона рано чи пізно перейде мимовільно в рівноважний стан.
Ми приймаємо також, що рівноважний стан характеризується також однорідністю властивостей у всіх частинах системи і тому визначається мінімальним числом параметрів в порівнянні з нерівновагим станом. Зокрема, рівноважний стан більшості робочих тел визначається двома параметрами стану. Інші параметри залежать від перших двох.
Основні параметри рівноважного стану
Рівноважний стан термодинамічної системи описують, вказуючи значення її параметрів стану.
Параметрами стану рівноважної термодинамічної системи є:
v, м 3 / кг - питома обсяг;
t, о С - температура.
Ці перші три параметри називаються термічними. Вони можуть бути безпосередньо виміряні, наприклад, ареометрами, манометрами, термометрами. Наступна група параметрів називається калоріческой параметрами стану. Їх називають також функціями стану, оскільки їх значення в таблицях представлені як функції термічних параметрів. Ці табличні значення - результат складних і дорогих досліджень. Калоріческой параметрами є:
u, кДж / кг - питома (віднесена до одного кг) внутрішня енергія;
h, кДж / кг - питома ентальпія;
s, кДж / кг / К - питома ентропія.
Тиск газів, парів вимірюють манометрами. Внаслідок конструктивних особливостей манометрів доводиться розрізняти абсолютну і надлишковий тиск. Той тиск, який газ надає на стінки посудини, називають абсолютним. Однак манометри вимірюють абсолютний тиск, а різниця між абсолютним і атмосферним тиском. Цю різницю, тобто безпосередньо показання манометра називають надлишковим тиском. Щоб в практичній роботі на виробництві користуватися таблицями термодинамічних властивостей робочих тіл, необхідно вміти переводити показання манометра (надлишковий тиск) в власне тиск газу або пари на стінки (абсолютний тиск).
Приймаються наступні позначення:
ра (або просто р) - абсолютний тиск, в таблицях виражається зазвичай в кілопаскалях (кПа) або мегапаскалях (МПа), а іноді в барах (бар);
ри - надлишковий тиск (по манометру), причому це тиск на шкалах манометрів прийнято виражати в старій системі одиниць, тобто в кгс / см 2 (кілограм-сила на квадратний сантиметр),
В - барометричний, або атмосферний тиск, що вимірюється по барометра, відградуйовану зазвичай в мм рт.ст.
Обчислення абсолютного тиску здійснюється за формулою
Щоб скористатися цією формулою, треба вміти висловити кгс / см 2 і мм рт.ст. в кПа або МПа. У наближених розрахунках (прикидках) при невисоких тисках можна (з метою спростити і прискорити розрахунок) прийняти, що
1 кгс / см2 1 бар = 100кПа = 0,1 МПа,
В 1 бар = 100 кПа = 0,1 МПа.
Як уже зазначалося, під термодинамічних рівновагою розуміється стан спокою всіх частин рівноважної термодинамічної системи. Причому, для термодинамічної рівноваги недостатньо, щоб виконувалися умови тільки механічної рівноваги. Як показує досвід, узагальнений т.зв. нульовим законом термодинаміки, рівноважний стан термодинамічної системи досягається тільки при необхідному додатковому умови - рівність температур кожної з частин системи. А якщо система не ізольована від зовнішнього середовища, то для термічного рівноваги необхідно також і рівність температур системи і середовища.
Шкала температур, що показує, яка температура і на скільки вище, історично була визначена вибором термометричні тел, властивості яких, наприклад, питома обсяг або електричний опір монотонно змінюються зі зміною температури. Температурною шкалою, що не залежить від природи термометрического тіла, є термодинамічна шкала температур. Абсолютна термодинамічна шкала температур виражається в кельвінах і позначається через Т. Співвідношення між нею і стоградусной шкалою, що позначається через t і вимірюваної в 0 С, має вигляд
Термодинамічна шкала температур в кельвінах є і абсолютною, оскільки в силу т.зв. третього закону термодинаміки рівноважні системи при Т = 0 повинні перебувати в стані, практично недосяжне.