1.3. Равновесные и неравновесные рабочие тела
Рабочее тело, во всех точках которого параметры состояния имеют одинаковое значение называются равновесным рабочим телом.
Рабочее тело, которое имеет разные значения параметров состояния в разных точках носит название неравновесного рабочего тела.
Уравнение состояния
Состояние замкнутого равновесного рабочего тела полностью описывается двумя независимыми параметрами.
Число независимых параметров состояния всегда равно числу видов взаимодействий рабочего тела с окружающей средой.
Уравнение, связывающее независимые и зависимые параметры носит название уравнения состояния и может быть представлено
в одной из форм
(2.8)
Уравнения (2.8) носят название термических уравнений состояния.
Уравнения вида (2.3), связывающие функции состояния с параметрами состояния часто называют калорическими уравнениями состояния.
Термодинамический процесс
Переход рабочего тела из одного равновесного состояния в другое, через последовательный ряд равновесных состояний, носит название термодинамического процесса.
В системе координат 2-х независимых параметров любое состояние рабочего тела изобразится точкой, тогда совокупность точек, отражающая последовательный ряд состояний при переходе из начального состояния в конечное, будет представлять собой линию термодинамического процесса.
Графическое изображение термодинамических процессов в плоскости независимых параметров или функций состояния носит название диаграмм термодинамического процесса.
Р
ис.
2.1. Характерные типы диаграмм
термодинамических процессов.
4. Работа и теплота как функции процесса
Предположим, что имеем цилиндр с поршнем. В запоршневом пространстве находится рабочее тело. К рабочему телу подводится тепло в результате чего рабочее тело может расшириться.
С
ила
P
действующая со стороны рабочего тела
на поршень равна
где F – площадь поршня.
Рис. 2.2. К определению работы совершаемой рабочим телом.
При бесконечно малом перемещении поршня на расстояние dx будет совершена элементарная работа L
(2.9)
где
- элементарное изменение объёма рабочего
тела.
Тогда полная работа при перемещении поршня определится выражением
(2.10)
Как видно из выражения (2.10) работа, совершаемая рабочим телом, зависит от характера изменения давления в процессе движения поршня.
Разделив выражения (2.9) и (2.10) на массу рабочего тела G , получим выражение для удельной работы
(2.11)
Сопоставляя выражение (2.11) и диаграмму (а) на рис.2.1 видим, что работа графически выражается площадью над кривой процесса в ( - ) диаграмме.
Используя выражение (2.6) и (2.7) можем записать
(2.12)
Интегрируя последние выражения от начального состояния (1) до конечного состояния (2) получим соответственно:
(2.13)
Как видно из выражения (2.13) полное и удельное тепло подведённое (отведённое) к рабочему телу зависит от вида функции T (S ), т.е. зависит от характера процесса.
Таким образом очевидно, что работа и тепло не являются функциями состояния, а являются функциями процесса.