1.2. Термодинамічна система.

Технічна термодинаміка розглядає закономірності взаємного перетворення теплоти в роботу. Вона установлює взаємозв'язок між тепловими, механічними і хімічними процесами, що відбуваються в теплових і холодильних машинах, вивчає процеси, що відбуваються в газах і парах, а також властивості цих тіл при різних фізичних умовах.

Термодинаміка базується на двох основних законах (початках) термодинаміки: I закон термодинаміки - закон перетворення і збереження енергії; II закон термодинаміки – встановлює умови протікання і спрямованість макроскопічних процесів у системах, що складаються з великої кількості часток.

Технічна термодинаміка , застосовуючи основні закони до процесів перетворення теплоти в механічну роботу і навпаки, дає можливість розробляти теорії теплових двигунів, досліджувати процеси, що протікають у них і т.п.

Об'єктом дослідження є термодинамічна система, в якій можуть бути група тіл, тіло або частина тіла. Те що знаходиться поза системою називається навколишнім середовищем. Термодинамічна система це сукупність макроскопічних тіл, що обмінюються енергією один з одним і навколишнім середовищем. Наприклад: Термодинамічна система – газ, що знаходиться в циліндрі з поршнем, а навколишнє середовище – циліндр, поршень, повітря, стіни приміщення.

Ізольована система - Термодинамічна система не взаємодіюча з навколишнім середовищем.

Адіабатна (тепло ізольована) система – система має адіабатну оболонку, що виключає обмін теплотою (теплообмін) з навколишнім середовищем. Однорідна система – система, що має у всіх своїх частинах однаковий склад і фізичні властивості.

Гомогенна система – однорідна система по складу і фізичній будові, усередині якої немає поверхонь розділу (лід, вода, гази).

Гетерогенна система – система, що складається з декількох гомогенних частин (фаз) з різними фізичними властивостями, відділених одна від іншої видимими поверхнями розділу (лід і вода, вода і пара).

У теплових машинах (двигунах) механічна робота відбувається за допомогою робочих тіл – газ, пара.

1.3. Параметри стану.

Величини, що характеризують фізичний стан тіла називаються термодинамічними параметрами стану. Такими параметрами є питомий об’єм, абсолютний тиск, абсолютна температура, внутрішня енергія, энтальпія, ентропія, концентрація, теплоємність і т.д.

При відсутності зовнішніх силових полів (гравітаційного, електромагнітного й ін.) термодинамічний стан однофазного тіла можна однозначно визначити 3-ма параметрами – питомим об’ємом (υ), температурою (Т), тиском (Р).

Питомий об’єм – величина, обумовлена відношенням об’єму речовини до його маси.

υ = V / m , [м³/кг] , (1.1)

Густина речовини – величина, обумовлена відношенням маси до об’єму речовини.

ρ = m / V , [кг/м³] , (1.2) υ = 1 / ρ ; ρ = 1 / υ ; υ • ρ = 1 . (1.3)

Тиск – з погляду молекулярно-кінетичної теорії є середній результат ударів молекул газу, що знаходяться в безперервному хаотичному русі, об стінку судини, у якій знаходиться газ.

Р = F / S ; [Па] = [Н/м²] (1.4)

Несистемні одиниці тиску: 1 кгс/м² = 9,81 Па = 1 мм.водн.ст. 1 ат. (техн.атмосфера) = 1 кгс/ см² = 98,1 кПа. 1 атм. (фізична атмосфера) = 101,325 кПа = 760 мм.рт.ст. 1 ат. = 0,968 атм. 1 мм.рт.ст. = 133,32 Па. 1 бар = 0,1 МПа = 100 кПа = 10⁵ Па. Розрізняють надлишковий і абсолютний тиск. Надлишковий тиск (Р_и)– різниця між тиском рідини або газу і тиском навколишнього середовища. Абсолютний тиск (Р)– тиск відрахований від абсолютного нуля тиску або від абсолютного вакууму. Цей тиск є термодинамічним параметром стану. Абсолютний тиск визначається: 1). При тиску у об’ємі більшому за атмосферний:

Р = Р_и + Р_о ; (1.5)

2). При тиску у об’ємі менше за атмосферний:

Р = Р_о + Р_в ; (1.6)

де Р_о – атмосферний тиск; Р_в – тиск вакууму.

Температура – характеризує ступінь нагрітості тіл, являє собою міру середньої кінетичної енергії поступального руху його молекул. Чим більше середня швидкість руху, тим більше температура тіла.

За термодинамічні параметр стану системи приймають термодинамічну температуру (Т), тобто абсолютну температуру. Вона завжди позитивна, При температурі абсолютного нуля (Т=0) тепловий рух припиняються і ця температура є початком відліку абсолютної температури.