2. Понятие о основных физических величинах

Термодинамическая система - Это понятие означает ту часть материального мира, которая является предметом наблюдения или исследования. Это тело или группа тел, выделенных мысленно из материального мира (газ в баллоне, образец вещества, тепловая машина и т.д.). Остальная часть материального мира - за пределами условно выделенной из него системы - называется окружением или окружающей средой. Между средой и системой возможен обмен веществом и энергией.

Классификация систем и их параметров:

Термодинамические системы могут быть открытыми и закрытыми

Открытые системы обмениваются с окружающей средой и веществом, и энергией.( Примеры открытых систем — люди, животные, растения, водоемы и пр.)

Закрытые системы делятся на неизолированные и изолированные. Неизолированные системы не обмениваются с окружающей средой веществом, но обмениваются энергией. Пример — герметично упакованные продукты (бутылки с газированной водой, пакеты с чипсами).

Изолированные системы не обмениваются ни веществом, ни энергией. Такие системы в природе практически не встречаются, однако, к ним можно с небольшим допущением отнести термос и кабину космического корабля.

Состояние системы можно охарактеризовать некоторыми величинами, которые называются термодинамическими параметрами состояния. К ним относятся температура (Т), объем (v), давление (р), концентрация (с).

Температура является мерой теплового состояния или степени нагрева тел. Температура тела увеличивается или уменьшается в зависимости от того, получает или отдает тело тепло. При нагревании тела расширяются, т.е. увеличиваются в объеме. Это обстоятельство необходимо учитывать при конструировании котлов и обмуровки, а также при проектировании трубопроводов различного давления.

Единицей измерения температуры является градус. Для измерения температуры используется две шкалы: практическая стоградусная Цельсия и термодинамическая или абсолютная Кельвина. Нулевая отметка по шкале Кельвина характеризует полное прекращение движения молекул и лежит она на 273, 15° ниже 0°С, поэтому

Т = t °С+ 273, К

В термодинамике пользуются только абсолютной температурной шкалой. Напомним, что в ней температура измеряется в Кельвинах, К. Один градус Цельсия равен одному Кельвину.

Абсолютный ноль температуры — 0 К или –273 °С — является нижним пределом температуры, установленным природой. Достичь этой температуры невозможно, однако современное оборудование позволяет охладить тело до 0,000001 К. Такое оборудование, позволяющее получать глубокий холод, называется криогенным

Давление - это отношение нормально направленной силы к площади поверхности, на которую она действует. Давление обозначается буквой Р и определяется по формуле:

Р = F / S,

За единицу силы и веса принят 1 кгс (килограмм-силы), за единицу площади 1 см2, т.о давление измеряется в кгс/см2 и его принято называть технической атмосферой.

Различают давление - атмосферное, избыточное и абсолютное.

Атмосферным называют давление воздуха (атмосферы) на землю и на предметы которые находятся на ней. Это давление называется барометрическим, поскольку измеряется барометром, и обозначается Р бар. Давление воздуха на уровне моря при температуре 0оС равно 760 мм.рт.ст. или 101325 Па. Его принято называть физической атмосферой.

Избыточное давление - это излишек над атмосферным давлением. Это давление измеряется манометром и поэтому называется манометрическим или рабочим (кгс/см2)

Абсолютное давление - это полное давление равное сумме избыточного и атмосферного давлений:

Рабс=Ризб +Рбар.

Абсолютное давление может быть выше или ниже атмосферного.

Давление ниже атмосферного называется вакуумом (Рвак). В котельной практике это разрежение (тяга) в топке и газоходах. Измеряется напоромером или тягонапоромером.

В международной системе единиц СИ основная единица измерения давления Паскаль - Ньютон на квадратный метр (Н/м2). Паскаль равен давлению (механическому напряжению), вызываемому силой, равной одному ньютону, равномерно распределённой по нормальной к ней поверхности площадью один квадратный метр.

1 Па = 1 Н/м 2 ≡ 1 Дж/м 3 ≡ 1 кг/(м·(с 2 )) ;

1Н/м2 = 1Па

Эта единица давления очень мала и пользоваться ей на практике неудобно, поэтому используются кратные не системные единицы: 1кПа, 1 МПа, 1ГПа.

Между единицами существуют следующие соотношения:

1 кгс/см2 = 100кПа = 0,1 МПа = 1 бар = 10 000 мм в.ст.

760 мм рт. ст. =1,033 кгс/см2=101 325 Па

1кгс/см2=735,6мм.рт.ст.=98 666,5 Па=0,1МПа=1 бар

1мм рт. ст.=133,322 Па=133 Па

1 мм вод.ст. = 9,8066 Па=10 Па

Приборы давления в зависимости от измеряемой величины разделяют на манометры (для измерения избыточного давления), барометры (для измерения атмосферного давления), вакуумметры (для измерения вакуумметрического давления).

Манометры, предназначенные для измерения малых избыточных давлений (до 40 кПа), называют напоромерами, а предназначенные для измерения малых вакуумметрических давлений (до 40 кПа) — тягомерами. Приборы давления, которые имеют двустороннюю шкалу с пределами измерения ±20 кПа, называют тягонапоромерами (значение нуль на шкале соответствует атмосферному давлению). Для измерения разности давлений используют дифференциальные манометры (дифманометры).

По принципу действия чувствительного элемента приборы для измерения давления разделяют на жидкостные, деформационные, грузопоршневые и электрические. В качестве образцовых, по которым осуществляется поверка рабочих приборов, применяют грузопоршневые манометры.