Термодинамический процесс и равновесное состояние
Если систему изолировать от окружающей среды, или зафиксировать внешние условия, то через некоторое время (время релаксации) система перейдёт в равновесное состояние.
Равновесное состояние – это такое состояние ТДС в которых значения параметров характеризующих данную систему стабилизируется (не изменяется со временем).Перейдя в равновесное состояние система остаётся в нём неограниченное время до появления воздействия из вне.
Термодинамический процесс – это переход термодинамической системы из одного равновесного состояния в другое, т.е. любое изменение состояния системы при котором изменяется хотя бы один из термодинамических параметров.
Элементарные термодинамические процессы.
1)изотермический T=const
2)изобарный P=const
3)изохорный V=const
4)адиабатный Q=0
Для упрощения проведения исследований, а также, повышение наглядности исследований в термодинамике принято представлять процессы графически в системах координат.
P-V (P=f(V))
T-S (T=f(S)) и другие.
Термодинамическое равновесие или равновесное состояние системы на графике изображается точкой с соответствующими координатами
P
P
P
V
V
V
Термодинамический процесс графически изображается линией соединения 2 равновесных состояния. Особенность термодинамики в том, что она сохраняет равновесные процессы. Процесс АВ протекает через бесконечное количество равновесных состояний. Данный процесс называется равновесным или квазистатическим. Равновесный процесс это бесконечно медленный процесс. Реальный процесс протекает с некоторой погрешностью при предварительных процессах допустимо считать их равновесными и исследовать их термодинамическим методом.
Лекция №3
Основные параметры состояния термодинамической системы.
Основой термодинамического метода исследования является определение состояния ТДС. Состояние системы характеризуется с помощью термодинамических параметров (макропараметров давление, объём, температура)
Параметр состояния – физическая величина, количественно или качественно характеризующая свойства ТДС и рабочего тела в частности.
Рабочее тело – газ или пар, то есть тело по средствам которого осуществляется преобразование теплоты в работу.
∆S
Q
При подводе теплоты увеличивается температура рабочего тела, при этом увеличивается и давление, что приводит к перемещению поршня и увеличению объёма – таким образом осуществляется преобразование теплоты в работу, зная характер изменения данных параметров вычисляется значение работы осуществляемое данной системой.
Давление - физическая величина равная отношению силы равномерно распределённой по поверхности тела к площади поверхности данного тела расположенной перпендикулярно действию силы.
В технике так же используются не системные единицы измерения давления.
1 а.т. = 1 кгс/см2 = 735мм рт.ст. = 10м вод.ст. = 0,981×105 Па = 0,981 бар.
1 атм = 1,013 кгс/см2 = 760мм рт.ст. = 1,013×105 Па.
Объём – обозначается V измеряется м3.
Удельный объём – объём одного килограмма вещества. Обозначается ν измеряется м3/кг. Величиной обратной удельному объёму является давление.
Плотность – при определённой температуре приводится в справочниках используется для вычисления удельного объёма. Измеряется кг/м3
Температура – в МКТ степень нагретости тела, качественной мерой температуры является наше ощущение тепла, а количественной – показания термометра. Понятие температура вводиться нулевым законом термодинамики.
Согласно нулевому закону термодинамики: тела находящиеся в тепловом равновесии имеют одинаковую температуру. Разность температур тел между собой определяет меру их отклонения от состояния теплового равновесия.
Из этого следует:
1)Если тела имеют одинаковую температуру, то между ними не происходит теплообмена.
2)Если тела при непосредственном контакте не обмениваются теплотой, то их температуры равны.
Температурой ещё является величина характеризующая внутренние движение в системе, определяется энергией каждой её части и однозначно определяет величину внутренней энергии системы.
В термодинамике используется абсолютная температурная шкала Т [Кельвин]. За начало отсчёта принята температура абсолютного нуля – температура при которой прекращается тепловое движение молекул. В системе Си используется другая температурная шкала t [Цельсий]. Разница между шкалами составляет 273,150 , то есть: T=t+273,150
В шкале Цельсия за начало отсчёта принята температура замерзания воды при нормальном атмосферном давлении, в качестве второй опорной точки служит температура кипения воды, опять таки при нормальном атмосферном давлении.
Особое место в физике занимают газовые термометры в них термометрическим веществом ( вещество реагирующие на изменение температуры изменением некоторого физического параметра давления, размера, электрического сопротивления) является газ неизменного объёма. Термометрической величиной (величина которая изменяется при изменении температуры) служит давление газа, опыт показывает что давление газа при постоянном объёме линейно зависит от температуры. Чтобы построить шкалу газового термометра достаточно измерить давление при двух температурах: плавления и кипения, соединив эти точки прямой, и продлив её в обе стороны получим прямую зависимость температуры и давления. В точке где давление отсутствует температура равна абсолютному нулю.
P, МПа
Р100
РХ
Р0
t,0C
tx
t100
0
-273,15
Лекция №4