ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Термодинамическая система и рабочее тело, Параметры и уравнения состояния из "Теплотехника " Гомогенной (однородной) называют систему, состоящую из одной фазы вещества и имеющую одинаковые физические свойства во всех своих частях. Систему, не отвечающую этому требованию, называют гетерогенной (неоднородной). [c.19] Под фазой понимают совокупность всех гомогенных частей системы, которые при отсутствии взаимодействий с окружающей средой являются физически однородными. Понятие фазы не полностью совпадает с понятием агрегатного состояния вещества (твердое, жидкое, газообразное, плазменное). В пределах одного и того же агрегатного состояния вещество может иметь несколько фаз. Так, для воды известно несколько модификаций твердого состояния (льда), являющихся ее различными твердыми фазами. [c.19] В общем случае взаимодействие системы и окружающей среды может состоять в обмене веществом и передаче энергии теплотой (теплообмен) и работой, под которой понимают как механическую, так и немеханические виды работ, например, электрическую, магнитную, работу сил поверхностного натяжения и т.д. [c.19] В соответствии с этим окружающая среда может рассматриваться как набор аккумуляторов (резервуаров) работы, теплоты и вещества. [c.19] Система отделяется от окружающей среды реальной или мысленной границей - контрольной поверхностью которой могут быть приписаны определенные свойства. [c.19] система, заключенная в недеформируемую и непроницаемую для потоков теплоты и массы оболочку, абсолютно не взаимодействует с окружающей средой и называется изолированной. [c.19] Если система не обменивается с окружающей средой веществом, то ее называют закрытой или замкнутой. В противном случае систему называют открытой. Систему, не обменивающуюся с окружающей средой теплотой, называют термически изолированной или адиабатной. [c.19] Если система способна к энергообмену только в формах теплоты р и механической работы Ь, то ее называют термодеформационной или термомехаиической. Количество возможных форм взаимодействия системы с окружающей средой называют числом степеней свободы системы. [c.20] Примером закрытой термомеханической системы, имеющей две степени свободы, может служить газообразное рабочее тело, находящееся в надпоршневом пространстве теплового двигателя. Взаимодействие этой системы с окружающей средой в форме работы осуществляется благодаря перемещению поршня, а тепловое - путем теплообмена между рабочим телом и виешигши источниками теплоты через теплопроводную стенку цилиндра. [c.20] Источником теплоты в термодинамике, как правило, является элемент окружающей среды, приведенный в контакт с системой и обладающий температурой, отличающейся от температуры системы на бесконечно малую величину. Обычно принимают, что теплоемкость источника столь велика, что его температура не изменяется независимо от того, какое влияние он оказывает на систему. Если температура источника выше температуры системы, то его называют горячим, если ниже - холодным. [c.20] При решении ряда задач рабочее тело рассматривается как часть системы, включающей в себя и аккумуляторы По отношению к такой расширенной системе, в свою очередь, могут существовать другие аккумуляторы и т.д. [c.20] При взаимодействии с окружающей средой рабочее тело переходит из одного состояния в другое, о чем можно судить по изменению его макропараметров, поддающихся прямому измерению. [c.20] Физические величины, свойственные конкретному состоянию рабочего тела, подразделяют на интенсивные и экстенсивные (аддитивные). Первые, например, температура и давление, не зависят от количества вещества в системе, а вторые, например, объем, энергия системы, массы составляющих ее компонентов, изменяются пропорционально величине системы. Все удельные, т.е. отнесенные к единице количества вещества, макропараметры являются интенсивными. Однако не все интенсивные величины характеризуют состояние системы. Так, удельные теплота я=0/М и работа -Ь/М не являются макропараметрами системы. Как будет видно из дальнейшего, эти величины зависят от пути перехода системы из одного состояния в другое. [c.20] Состояние рабочего тела называют стационарным, если оно не изменяется во времени. Стационарное состояние рабочего тела называют равновесным, если его одноименные интенсивные макропараметры имеют одно и то же значение во всех точках занимаемого им пространства. В противном случае состояние рабочего тела называют неравновесным. Равновесные состояния свойственны только изолированным системам. Если к моменту наложения изоляции внутри системы интенсивные макропараметры, например, температура, концентрация компонентов, давление и т.п., были распределены неравномерно, то по истечении характерного времени, называемого временем релаксации система перейдет в состояние внутреннего равновесия и будет находиться в этом состоянии до тех пор, пока она будет оставаться изолированной. [c.21] С точки зрения статистической физики переход изолированной системы из неравновесного состояния в равновесное означает переход от менее вероятного ее состояния к более вероятному. Так как для систем, состоящих из бесконечно большого числа частиц, все состояния равновероятны, то термодинамическая система должна представлять собой макроскопическое тело, состоящее из большого, но конечного числа частиц. При этом между ними должно быть пространство для перемещений. Дело в том, что процессы выравнивания значений интенсивных макропараметров обусловлены непрерывным хаотическим движением частиц, из которых состоит система. Так как время выравнивания каждого из параметров различно, то время установления состояния внутреннего равновесия системы, очевидно, определяется наибольшим из этих характерных времен. [c.21] Макроскопические физические величины, характеризующие систему в состоянии равновесия, называют термодинамическими параметрами состояния системы или просто параметрами состояния. Они относятся к системе в целом, не зависят от ее истории и изменяются только в результате взаимодействия системы с окружающей средой. Параметрами состояния однородной газообразной закрытой термомеханической системы являются абсолютное давление р, Па абсолютная температура Т, К удельный объем V, м кг. [c.21] Абсолютная температура - интенсивная величина, пропорциональная средней кинетической энергии частиц (молекул газа), из которых состоит система. Переводной коэффициент от энергетических единиц к градусу Кельвина называют постоянной Больцмана (1844-1906) кв = 1,380658 10 Дж/К. [c.22] Шкала Ренкина (°К) имеет началом отсчета абсолютный нуль температур, а цена ее деления одинакова со шкалой Фаренгейта, поэтому Т°К==1,8Т. [c.22] Температура тела характеризует его способность к теплообмену с окружающей средой или другими телами, включенными в рассматриваемую систему. Теплообмен между телами возможен только при наличии хотя бы бесконечно малой разности их температур. Это означает, что температура является параметром, позволяющим судить о наличии или отсутствии теплового равновесия между телами, находящимися в тепловом контакте друг с другом. [c.22] В случае замкнутой системы изменение удельного объема обусловлено только изменением ее объема. При этом если удельный объем уменьшается, то система подвергается сжатию (давление при этом может оставаться неизменным). Если удельный объем увеличивается, то система расширяется (даже если при этом давление увеличивается). [c.23] Вернуться к основной статье