Рабочее тело и параметры ero состояния
Всякая тепловая машина приводится в действие вследствие проис ходяшеrо в ней изменения состояния вещества, называемого рабо чим телом или рабочим aгентом.
Совокупность тел находяшихся в тепловом и механическом взаимодействии друг с другом и окружающей средой, называется термодинамической системой.
Рабочее тело определяет тип и назначение тепловой машины. Так у паровой машины рабочим телом является водяной пар, у поршневых двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных дви гателей продукты сгорания топлива, у компрессоров холодильных машин рабочим aгентом является пар аммиака, фреона и т.д.
Для расчета термодинамического анализа работы тепловой машины нe обходимо знать термодинамические свойства рабочеrо тела.
Наиболее эффективными рабочими телами для тепловых машин являются газы и пары обладаюшие наибольшим коэффиuиентом объемноrо расширения.
В технической термодинамике в качестве рабочеrо тела прини мается идеальный газ - условное газообразное вещество, силами взаимодействия между молекулами котopoгo пренебрегают. В реальных же газах учитываются силы притяжения между молекулами, а молекулы имеют объем. Если реальные газы сильно разряжены, их свойства близки к свойствам идеального газа.
В качестве идеальных газов мoгyт рассматривать такие газы, как азот, гелий. водород. В общем случае для теплотехнических расчетов вполне допусти мо распространение свойств идеальноrо газа на все рассматривае мые газы. Это позволяет упростить математические выражения за конов термодинамики.
Очевидно, что одно и то же вещество при различных условиях может находиться в различных состояниях. Для тoгo чтобы определить конкретные физические условия, при которых рассматривается данное вещество и тем самым однозначно определить eгo состояние, вводятся параметры состояния вещества.
Параметрами состояния rаза называются величины, характеризую щие данное состояние газа.
К параметрам состояния газа относятся абсолютная тeмпepaтy pa, абсолютное давление, удельный объём , внутренняя энергия, энтро пия, энтальпuя и др. Абсолютная температура, абсолютное давление и удельный объем являются основными параметрами газообразноrо вещества.
Абсолютная температура.
Температура газа служит мерой кинетической энергии поступатель ного движения молекул газа и характеризует степень eгo нагрева. Температуру газа измеряют приборами, основанными на тех или иных свойствах вещества. меняющихся с изменением температуры. Эти приборы имеют градуировку т.е. температурную шкалу. Создателем первого такого прибора термометра был немецкий ученый Фаренгейт, который за начало шкалы принял уровень, соответствующий температуре таяния смеси, состоящей из равных масс нашатыря и тающего льда. Верхней точкой был уровень, соответствующий температуре кипения воды при нормальном aтмосферном давлении. Расстояние между этими двумя уровнями он разделил на 180 частей и таким образом. получил один градус.
В 1723 г. французский физик Реомюр предложил шкалу, основанную на двух опорных точках, соответствуюших температурам таяния льда и кипения воды при нормальном атмосферном давлении. Расстояние между двумя точками он разделил на 80 равных частей.
В 1742 г. шведскии астроном Цельсий предложил температур ную шкалу с теми же опорными точками на которых построена шкала Реомюра. но расстояние между ними он разделил на 100 час тей. Обозначается градус Цельсия-С.
В настояшее время в термодинамике в качестве основной при нята термодинамическая температурная шкала, где нижней грани цей шкалы является температура абсолютноrо нуля (практически недостижимая), кoгдa прекрашается тепловое движение молекул.
Единица температуры по термодинамической температурной шкале получила название Кельвин по имени ученого У. Томпсона, лорда Кельвина, предложившего начало отсчета вести от абсолют ного нуля.
Тройной точке воды, т.е. когда в равновесии находятся три фазы воды: лед, жидкость и пар, присвоена температура 273,15 К. Она находится на 0,01 ос выше точки плавления льда.
К преимуществам термодинамической температурной шкалы можно отнести слелу ющее:
во- первых, значения температур по этой шкале не зависят от физических свойств термометрических тел;
во-вторых, температура по этой шкале может быть воспроизведена с большой точ ностью, так как она строится по одной опорной точке;
в -третьих. все температуры величины положительные, что упрощает расчеты.
Абсолютное давление.
Давление физическая величина, характеризующая интенсивность сил, действующих по нормали к поверхности тела и отнесенных к единице площади этой поверхности.
Различают следующие виды давлений: барометрическое (aтмосферное),нормальное, абсолютное, манометрическое (избыточное) и вакууметрическое (разряжения).
Для измерения давления применяются различные единицы: Па скаль (Па), бар, техническая атмосфера или просто атмосфера, мил лиметр pтутногo или водяного столба. которые находятся в следую щих соотношениях: 1 Па == 10 5 бар == 1,02. 10 ) Krc/cM 2 == 7,5024. 10 3 мм рт. ст.
Барометрическое давление зависит от массы слоя воздуха. Самое большое барометрическое давление было зарегистрировано на уровне моря и составило 809 мм рт. ст., а самое низкое 684 мм рт. ст.
Барометрическое давление выражается высотой столба ртути в мм, приведенного к Ос.
Нормальное давление это среднее значение давления воздуха за год на уровне моря, которое определяется ртутным барометром при температуре ртути 273 К. Оно равно примерно 101,3 кПа (750 мм рт. ст.). То есть нормальным давлением называется баро метрическое давление, равное одной физической атмосфере и явля ется частным случаем барометрическоrо давления.
Абсолютным давлением называется давление rазов и жидкостей в закрытых объемах. Оно не зависит от состояния окружающей среды.
Манометрическим давлением называется разность между абсо лютным давлением и барометрическим давлением, если первое бо льше второго. Манометр прибор с помощью котopoгo измеряют давление в закрытом сосуде, находясь вне этоrо сосуда, испытывает давление как со стороны окружающей среды, так и со стороны сосуда. Поэ тому полное или абсолютное давление газа в сосуде равно сумме манометрического давления и барометрического.
Вакуумметрическим давлением называется разность между баро метрическим давлением и абсолютным давлением, если последнее меньше первого.
Удельный объем.
Удельный объем вещества это величина, равная отношению eгo объема к eгo массе: v = V/m, rдe т масса вещества; V объем вещества. Величина, обратная удельному объему, есть плотность вещества: р = m/V.
