6.1 Жұмыс денесі. Оның күйінің негізгі шамашарттары

Жоғарыда келтірілген мысалдан жылу және механикалық энергияның өзара өзгеруі жылылықпен қатынасқан кезде немесе оған күштік әсер ету кезінде өзінің физикалық күйін өзгертетін, жұмыс денесінің көмегімен жүргізілетіні көрініп тұр.

Заттың газға айналған күйіндегі қасиеттерін молекулалар арасындағы тіркелу күштерін және молекулаларының өздерінің көлемін есепке алумен бірге теориялық меңгеру өте қиындатылған. Осындай газдардың тәртібін сипаттайтын, ғылыми тәжірибе негізінде табылған математикалық тәуелділіктердің күрделі сипаты бар.

Сондықтан термодинамикалық үрдістерді меңгеруді ықшамдау және аса қарапайым есептер формулаларын алу үшін идеалды газ туралы түсінік енгізіледі. Идеал газдың астарында балыққан қозғалыс күйінде болатын және өзара әрекеттесу күштерінен айырылған, жойылуға жеткен аз көлемдері бар

молекулалардың – материалдық нүктелердің жиынтығын түсінеді.

Табиғатта мұндай газдар жоқ. Алайда техникада көптеген газдар молекулалар арасындағы тіркелу күштеріне және молекулалардың өздерінің көлемдеріне көңіл қоймауға болатын кездегі күйлерде қолданылады.

Сол бір газ үшін тіркелу күштерінің азаюы температураның жоғарылауымен және қысымның азаюымен бірге жүргізіледі: екеуі де газ көлемінің ұлғаюын тудырады, мұнымен молекулалар арасындағы ара қашықтықтың ұлғаюына байланысты, ал соңғысы тіркелу күштерінің азаюын да тудырады.

Бұдан берілген газдың температурасы неғұрлым жоғары және оның қысымы неғұрлым төмен болса, онда оның идеал газға соғырлым жақын екені шығады. Сұйықтық күйіне жеткілікті түрде жақын күйлерде болатын, жұмыс денесі ретінде пайдаланатын су буы бұл ережеге жатпайды, және сондықтан оған реалды газдар мен идеал газдың тәуелділіктерін қолдануға болмайды. Барлық реалды газдар сұйықтардың булары болып табылады. Бұл кезде газ сұйыққа ауысуы неғұрлым жақын болса соғұрлым оның қасиеттері идеал газдың қасиеттеріне көп ауытқиды.

Газдың физикалық күйін сипаттайтын шамалар күйдің термодинамикалық шамашарттары деп аталады.

Газдың негізгі шамашарттар жиынтығына дененің термодинамикалық күйін анықтайтын меншікті көлем, абсолюттік қысым мен абсолюттік температура кіреді. Сондықтан өлшеу бірліктерінің халықаралық біркелкілігін тағайындау үшін жылы бірліктердің халықаралық жүйесі ӨЖ енгізілген (Cu жүйесі).

Қысым: Газ қысымы газ толтырылған ыдыстың қабырғаларына молекулалардың соғылу аралығының нәтижесі болады. Ол молекулалар соққыларын қабылдайтын, беттік аймағы бірлігіне келетін күшпен өлшенеді:

, (6.1)

мұнда F- қысымның күші, S- беттік аймағы.

Бірліктердің техникалық жүйесінде күш кг қабылданады, онда қысымның өлшеу бірлігінің өлшемдігі Паскаль болады.

және 1бар

ӨЖ жүйесіндегі және техникалық жүйедегі қысымның арасындағы байланыс келесі:

1бар =1атм

Қысымның бірлігі ретінде сондай-ақ су бағанасының метрі және сынап бағанасының миллиметрі қолданылады

кезіндегі 735,56 сын.б.мм.=4ºC кезіндегі 10 су б.м.

Техникалық атмосферадан басқа физикалық атмосфера қолданылады

Техникада абсолюттік қысымды, артықшылық қысымды және сиретілген қысымды ажыратады.

Егер газдын абсолюттік қысымы қоршаған ортаның барометрлік қысымынан жоғары болса, онда олардың арасындағы айырмашылық артық -шылық қысым деп аталады, басқаша айтқанда

(6.2)

Егер де газдың абсолюттік қысымы барометрлік қысымынан аз болса, онда олардың арасындағы айырмашылық вакуумметрлік қысымды немесе басқаша айтқанда тоғынан айыруды білдіреді:

(6.3)

Атмосфералық қысымнан жоғары газ қысымдарын өлшеуге арналған аспаптар манометрлер деп аталады. Олар артықшылық қысымды көрсетеді. Атмосфералық қысымнан төмен қысымды өлшеу үшін (газ қысымының атмосфералық қысымнан қаншалықты төмен екенін көрсететін) вакуумметрлер қолданылады. Осы және басқа жағдайларда бастапқы нүктеге атмосфералық қысым қабылданады.

Артық қысымның және тоғынан айырудың шамаларын өлшеу кезінде қосалқы болып табылады және ыдыстағы газдың күйін сипаттамайды, өйткені газдың бір және сол күйі үшін ауа райының өзгеруі кезінде өзгеше бола алатын атмосфералық қысымның шамасына байланысты. Бұл шамалар әр түрлі мәндерді қабылдай алады.

Газ күйінің шамашартын ауа райы жағдайларының кез келген өзгерістері кезінде өзгеріссіз болып қалатын, тек қана абсолюттік қысым атқара алады.

Температура. Кез келген дененің температурасы - қызығандығының дәрежесін сипаттайтын шама, және молекулалардың “жылу қозғалысы” қарқындылығының шамасын білдіреді.

Температура Кельвин градустармен (°К) және шәкел бойынша есептеу санына (нөл жағдайы) байланысты Цельсий градустармен өрнектеледі.

Кельвиннің термодинамикалық шәкілінде төменгі шекараның (есептеу басы) қызметін абсолюттік нөл нүктесі (°К) атқарады, ал судың жалғыз ғылыми тәжірибелік нүктесі деп қатты (мұз), сұйық және газға айналған судың үш фазалары арасындағы тепе-теңдік температурасы аталады. Бұл нүктеге 273,16°К сандық мәні берілген.

Кельвин градусы - термодинамикалық температурада шәкіл бойынша өлшеу бірлігі, температураның абсолюттік нөлінен судың үштік нүктесінің температурасына дейінгі аралықтың 1/273,16 бөлігіне тең.

ºК өлшенген температура Т абсолюттік температура деп аталады.

Цельсий градусы температураны мұздың еру нүктесінен бастап есептеу кезінде пайдаланылады. Цельсий градустармен өлшенген температура жай ғана температура деп аталады, және әрпімен белгіленеді.

Газдағы бір және сол бір жылулық күйі үшін оның температурасын өлшеудің екі тәсілі арасындағы қатынас мынаны құрайды:

Меншікті көлем. Молекулалық кинетикалық теория газбен толтырылған көлем түсінігін онда оның молекулалары орын ауыстыратын кеңістік ретінде белгілейді. Газдың көлемі метр кубтармен өлшенеді. Көлемге жататын газдың мөлшері килограмдармен өрнектелген, оның массасымен анықталады.

Газдың меншікті көлемі деп оның салмағы бірлігінің көлемі аталады:

Газдың салмағын кг- мен өлшейтін, кері шамасы тығыздық деп аталады.

Бұл шамалар арасында қатынасы келесі түрде көрсетіледі:

Тығыздықты өлшеу бірлігі кг/м³ , ал меншікті көлемнің бірлігі м³/кг.

Көрсетілген шамалардан басқа техникада меншікті салмақ немесе меншікті ауырлық күші жиі пайдаланылады. Меншікті салмақ деп 1м³ газдың (Ньютонмен өрнектелген) ауырлық күшін немесе көлем бірлігінің салмағын түсінеді

(6.4)

Дененің меншікті салмағы оны анықтау пунктерінде ауырлық күшін жетелдетуге байланысты болады және заттың шамашарты болып табылмайды:

(6.5)

Меншікті салмақты қолдану қажеттігі бірқатар жағдайларда, мысалы, бағананың қысымын анықтау кезінде, сұйықтық манометрлік аспаптардың көмегімен қысымды анықтау кезінде пайда болады.