Работен орган и неговите параметри

Основи на термодинамиката

Термодинамика - наука, която изучава трансформацията на енергията в различни процеси, придружени от топлинни ефекти.

Термодинамичните методи се основават на универсалния закон на природата - закона за запазване на енергията.

I. Работна течност и параметри на нейното състояние. Основни закони на идеалния газ.

Газ

Способността на газа да запълни целия обем, в който е поставен, потвърждава, че молекулите на газа са в постоянно движение. Установено е, че движението на газовите молекули е безредно и хаотично.

Прост модел на реален газ е така нареченият идеален газ, при който обемът, зает от неговите молекули, е малък в сравнение с обема на целия разглеждан газ; газовите молекули се считат за произволно движещи се материални точки, равномерно разпределени по целия обем на газа. Силите на кохезия между молекулите на идеалния газ се пренебрегват. Трябва да се помни, че наистина няма идеален газ; това е модел, който сближава свойствата на реалните газове. Изучаването на законите на идеалния газ обаче помага да се определи поведението на истинския газ при различни условия. Колкото по-ниско е налягането и колкото по-висока е температурата, толкова по-близки са свойствата на истинския газ до тези на идеалния газ. В бъдеще всички изводи и зависимости ще се отнасят до идеален газ.

Работен орган и неговите параметри

Често термичният процес включва топлообмен, когато има източник на топлина с температура T1 - нагревател и охладител с температура T2

За да се получи механична работа (енергия) във всеки топлинен двигател, е необходимо да се привлече друго тяло, което се нарича работен орган.

Пример. В двигател с вътрешно горене работният флуид е газът, генериран по време на горенето на работната смес, в парните турбини - водни пари. Нагревателят е продуктите от горенето, а хладилникът е атмосферата, където се отвежда отработеният газ или кондензаторът, който приема отработените водни пари.

В зависимост от разглеждания проблем, при термодинамичното изследване се разграничава определена група тела, която се нарича термодинамична система.

Извикват се тела, които взаимодействат със системата и засягат нейните свойства външна среда. Например цилиндър, бутало, околен въздух и др.

Термодинамичен процес се нарича промяна в състоянието на термодинамичната система в резултат на обмена на енергия (топлинна или механична) с околната среда.

Извикват се физични величини, характеризиращи термодинамичното състояние на системата параметри на състоянието. Най-важните от тях са специфичният обем υ, налягане p и температура T.

Трябва да се има предвид, че във всяка термодинамична система един параметър никога не се променя - поне два от тях трябва да се променят едновременно.

Налягане.В термодинамиката винаги се използва абсолютно налягане, т.е. атмосферно плюс излишък. Свойството на газа да упражнява натиск върху стените на съда, в който се намира, е едно от основните му свойства. Именно тя дава възможност да се използва газ като работна течност в процесите на преобразуване на енергия. Течностите или твърдите вещества почти никога не се използват като работни тела.

Температура.Стойността, която характеризира степента на нагряване на тялото, се нарича температура.

Температурата на газа се счита за мярка за средната кинетична енергия на газовите молекули. От тази гледна точка температурата трябва да се измерва в енергийни единици, но това е неудобно в технологиите. Поради тази причина температурата се измерва в градуси (коефициентът на преобразуване е константата на Boltzmann k, J/deg). При термодинамичните изчисления се използва скалата, предложена през 1848 г. от английския учен Келвин. Нула от скалата на Келвин е температурата, при която хаотичните движения на идеалните газови молекули спират; тази температура се нарича абсолютна нула. Абсолютната нула съответства на температура от -273,15 o по Целзий. Температурата, измерена по скалата на Келвин, винаги е положителна. Нарича се абсолютна температура и се означава T o K.

В технологиите много често се използва скалата на Целзий; температурата по тази скала се измерва от точката на замръзване на водата, като температурата в тази точка е нула. Температурата по тази скала е обозначена t o C. Връзката между температурата в абсолютна скала и температурата в Целзий се определя по формулата

T o K = 273,15 + t o C