Скорочений конспект лекцій з дисципліни «теоретичні основи теплотехніки»

1 Термодинамічна система. Термодинамічний стан і параметри стану.

Об'єктом вивчення термодинаміки є термодинамічна система – сукупність матеріальних тіл (або одне тіло), що перебувають в тепловій і механічній взаємодії. Система відокремлюється від зовнішнього середовища матеріальною або уявною обмежуючою поверхнею – границею системи; границя вибирається довільно, але таким чином, щоб забезпечити чітке й однозначне визначення системи.

Робочими тілами, як правило, є газоподібні й (рідше) рідкі речовини. Газ можна розглядати як пару відповідної рідини, що перебуває далеко від стану скраплення (перегріта пара), а пара – реальний газ, близький до стану скраплення.

У різних технічних установках робоче тіло перебуває звичайно в безперервному суцільному потоці й тому їх доцільно розглядати у вигляді контрольного простору, через які проходять потоки речовини (енергоносіїв) і здійснюється енергообмін із зовнішнім середовищем.

Сукупність фізичних властивостей, властивій даній системі (робітникові тілу), однозначно визначає її термодинамічний стан. Макроскопічні величини, що характеризують фізичні властивості тіла в цей момент, називаються термодинамічними параметрами стану.

Рівноважним термодинамічним станом є стан робочого тіла, що не змінюється в часі при відсутності зовнішнього енергетичного впливу (ізольована система). Параметри рівноважного стану по всьому обсязі тіла однакові. Факт установлення термічної рівноваги, що доводить існування макроскопічного параметра стану – температури − і що дозволяє визначити її шляхом вимірів, прийнято називати нульовим законом термодинаміки: дві системи, що знаходяться порізно в термічній рівновазі із третьою системою (наприклад, термометром), перебувають також у термічній рівновазі між собою.

До основних параметрів стану, що піддається безпосередньому виміру, відносяться термічні параметри стану: абсолютний тиск Р (Па), питомий обсяг , (м³/кг) і абсолютна температура Т (К).

2 Рівняння стану. Діаграма рівноважного стану в координатах.

Термічні параметри стану однорідного (гомогенного) тіла в рівноважному стані пов'язані між собою функціональною залежністю

яка називається термічним рівнянням стану. Вид функції різний і залежить від природи та агрегатного стану тіла. Геометрично це рівняння можна представити у вигляді просторової поверхні стану з виділенням областей існування кожної із трьох фаз (газу, рідини й твердого тіла). Проекція поверхні на площину показана на рис.1.