Термодинамические параметры состояния (ТДС)

1. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ

Параметры, характеризующие состояние
термодинамической системы (ТДС).

2. УДЕЛЬНЫЙ ОБЪЁМ

Удельный объём – это объём единицы массы
(1кг)
v = V/m [ м 3 /кг],
где:
V – объем газа,
m – масса газа.
Плотность – это масса единицы объёма (1 м 3)
ρ = m /V [кг /м 3 ]
ρ× v=1 или ρ =1/v, v=1/ ρ

3. ДАВЛЕНИЕ

Давление – это физическая величина, равная
отношению
нормально
действующей
на
поверхность силы к площади этой поверхности.
р=Р/F [Н/м2 , Па],
где:
Р – сила, действующая на поверхность,
F – площадь поверхности.
Давление - это результат ударов молекул газа о
стенки сосуда, в котором он находится.

4. ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

1 Па = 1Н/м2
(техническая атмосфера)
1ат = 1 кгс/см2 = 104 кгс/м2 = 9,8×104 Н/м2 =
= 105 Н/м2 = 105 Па
1ат = 735 мм рт. ст. = 10 м вод. ст. = 1 бар =
= 105 Па
(физическая атмосфера)
1атм = 760 мм рт.ст. = 1,033 ат =
= 10,33 м вод.ст.

5. ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ

Термодинамическим
абсолютное давление.
параметром
является
Абсолютное давление – это давление,
отсчитываемое от абсолютного нуля.
В
технике
применяют
приборы,
измеряющие давление, под которым понимают
разность
между абсолютным давлением в
месте
измерения
и
атмосферным
(барометрическим) давлением.

6. АБСОЛЮТНОЕ ДАВЛЕНИЕ

Абсолютное давление рассчитывается по формуле:
ра = рб ± р,
где ра – абсолютное давление,
рб – барометрическое, атмосферное давление,
+ рм – манометрическое, избыточное давление,
- рв – вакуумметрическое давление, разрежение,
(вакуум)

7. БАРОМЕТРИЧЕСКОЕ (АТМОСФЕРНОЕ) ДАВЛЕНИЕ

Для измерения атмосферного давления служат
барометры: жидкостные и металлические.
До середины XIX в. для измерения атмосферного
давления применяли лишь жидкостные (главным
образом, ртутные) барометры, изобретенные Э.
Торричелли
Жидкостный барометр - прибор для измерения
атмосферного давления, построенный на основании
опыта Торричелли и действующий по законам
гидростатики.

8.

Жидкостный барометр наполняется ртутью или легкими жидкостями
(масла, глицерин). На метеорологических станциях применяются
ртутные барометры. В чашечных барометрах атмосферное давление
измеряется высотой столба жидкости от уровня в чашке до верхнего
мениска, в сифонных и сифонно-чашечных - разностью уровней
жидкости в открытом и закрытом коленах.
Жидкостный барометр представляет собой систему сообщающихся
сосудов, состоящую:
а) из трубки, запаянной с одного конца, и чашки (чашечный
барометр), либо
б) из сифонной трубки, запаянной с длинного конца (сифонный
барометр),
в) из двух трубок - открытой и запаянной с одного конца - и чашки
(сифонно-чашечный барометр).

9.

Основной частью анероида является
В 1844 г. Л. Види сконструировал новый,
безжидкостный
барометр,
получивший круглая металлическая коробка 1 с
название барометр-анероид (от греческого волнистыми (гофрированными) основаниями.
Путем откачивания воздуха внутри этой
слова "анерос" - безжидкостный).
коробки создано сильное разрежение. При
К пружине с помощью передаточного повышении атмосферного давления коробка
механизма 3 прикреплена стрелка-указатель сжимается, и ее верхняя (прогибающаяся)
4. Эта стрелка перемещается по шкале 5. поверхность начинает тянуть прикрепленную к
Градуировку шкалы анероида осуществляют ней пружину 2. При уменьшении давления
пружина разгибается, и верхнее основание
и выверяют по показаниям ртутного
коробки приподнимается.
барометра.

10. МАНОМЕТРИЧЕСКОЕ (ИЗБЫТОЧНОЕ) ДАВЛЕНИЕ

Если давление ра в сосуде больше
атмосферного рб,
жидкость в
правом
колене установится выше, чем в левом,
тогда давление столба жидкости высотой
h определит избыток давления в сосуде
над атмосферным давлением.
Это
давление называют
или манометрическим рМ
ра = рб + рм,
избыточным

11. ВАКУУММЕТРИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ (РАЗРЕЖЕНИЕ)

Если давление в сосуде меньше атмосферного,
то уровень жидкости будет выше, в левом колене,
а давление вакуумметрическое или разрежение рв
показывает, на сколько абсолютное давление ниже
атмосферного:
р а = р б - р в,
Избыточное
и
вакуумметрическое давления не
являются параметрами состояния, так как при одном
и том же абсолютном давлении ра
они могут
принимать
разные значения в зависимости от
атмосферного давления.

12. ТЕМПЕРАТУРА

■ Температура – это величина, характеризующая
степень нагретости тела.
■ Температура
(согласно
молекулярнокинетической теории) – это мера средней
кинетической энергии молекул. Следовательно
температура тела характеризует энергию, с
которой движутся его молекулы.

13. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

Для измерения температуры в
технике
используется
Международная
практическая
температурная шкала или шкала Цельсия.
Единицей измерения температуры t
шкале является градус Цельсия (°С).
в этой
За 0 °С температуры в этой шкале принята,
приближенно, температура равновесия между
льдом, водой и водяным паром. За 100 °С
принята температура кипения воды. Для
определения 1 °С
шкала поделена на 100
делений.

14. АБСОЛЮТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА

В качестве термодинамического параметра состояния
используется абсолютная температура Т, единица ее
измерения - К (Кельвин).
Абсолютная температура определяется по
термодинамической (абсолютной) шкале или шкале
Кельвина.
Нулевое значение температуры по этой шкале
соответствует состоянию, когда прекращается
хаотическое движение молекул. Температура
равновесия между льдом, водой и водяным паром
соответствует 273 К. Для определения 1 К шкала
поделена на 273 деления. Это позволяет установить
соответствие между шкалой Цельсия и шкалой Кельвина:
Т = t + 273,16

15. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Жидкостные термометры
Длина столбика жидкости (ртути, спирта толуола, пентана и т.д.) служит мерой
температуры. Интервал измерений ограничен температурами кипения и
замерзания данной жидкости. Если температура неодинакова по длине столбика
жидкости, то возможны незначительные ошибки измерения.
Металлические термометры
Металлический термометр представляет собой биметаллическую пластинку,
т.е. пластинку, сваренную или склепанную из полосок двух различных металлов.
Вследствие разницы в тепловом расширении металлов пластинка при нагревании
будет изгибаться. Из длинной пластинки сгибают спираль. Наружный конец
спирали закрепляют, а ко внутреннему прикрепляют стрелку, которая указывает
по шкале соответствующую температуру.
Термометры сопротивления
Сопротивление металлов меняется с температурой. Сила тока в цепи зависит
от сопротивления проводника, а следовательно и от его температуры.
Преимущество термометра сопротивления состоит в том, что измерительный
прибор и место, где измеряется температура, могут быть разнесены на
значительное расстояние. В качестве сопротивления в основном применяется
тонкая отожженная платиновая проволока.

16. ВЫПОЛНИТЬ ЗАДАНИЕ

1) 1200К = ……. °С
2) 18 ат =……….мм рт.ст.
3) 4 м вод. ст. = ………Па
4) Манометр показывает давление рм = 1ат,
атмосферное давление рб = 760 мм рт. ст.
Определить абсолютное давление ра в сосуде.
5) В цилиндре р = 100кПа, диаметр поршня
D=350мм. Определить силу Р, действующую на
поршень.

17. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

1. Определить удельный объем углекислого газа, если его масса 2
кг, а объем баллона 20м3. (идеальный газ, норм.усл)
2. Определить плотность кислорода, если его масса 5 кг, а объем
баллона 40л.(ид.газ, норм.усл)
3. Определить абсолютную температуру газа, если замеренная
630С.
4.Найти массу газа объемом 0,6м3, если плотность его 1,05 кг/м3.
5. Диаметр поршня цилиндра двигателя 340мм, давление газа в
цилиндре 2,5 МПа. Найти силу, действующую на поршень
изнутри.
6. Выразить давление, равное 100 КПа в мм рт. ст. и в м вод. ст.
7. Барометрическое давление составляет 756 мм рт. ст., манометр,
установленный на баллоне, показывает 4 ат. Определить
абсолютное давление в баллоне.