2.2. Основные параметры состояния термодинамических систем

Термодинамической системой называется совокупность различных тел, способных энергетически взаимодействовать между собой и окру-жающей средой. При этом количество вещества может быть постоянным или переменным, а тела могут находиться в различных агрегатных состоя-ниях (газообразном, жидком или твердом).

Под окружающей средой понимается совокупность всех остальных тел, не вошедших в термодинамическую систему.

Термодинамическая система называется изолированной, если она не взаимодействует с окружающей средой, закрытой — если это взаимодейст-вие происходит только в форме обмена энергией, и открытой — если она обменивается с окружающей средой как энергией, так и веществом. Измене-ние состояния термодинамической системы в результате обмена энергией с окружающей средой называется термодинамическим процессом.

Основными параметрами, которыми характеризуются процессы вза-имного превращения работы и теплоты, являются температура Т, давление р и объем V.

Температура является мерой интенсивности движения молекул ве-щества. Чем больше кинетическая энергия движения молекул, тем выше температура. Температура, соответствующая состоянию полного покоя молекул газа, принята за абсолютный нуль. Эта точка является началом от-

16

счета температуры по абсолютной шкале Кельвина (обозначение — Т, К). В технике обычно используется стоградусная шкала температур Цельсия (обозначение — t, °С), в которой за 0 °С принята точка плавления льда, а за 100 градусов — постоянная точка кипения воды при нормальном атмо-сферном давлении.

Пересчет температуры из стоградусной шкалы в абсолютную произ-водится по формуле

Т = t +273,15 К, (2.2)

при этом по размеру градус Цельсия равен кельвину: 1 °С = 1 К, т. е.

Температура определяет направление перехода теплоты, выступает как мера нагретости тел. Две системы, находящиеся между собой в тепло-вом равновесии, имеют одинаковые температуры.

Давление газа. Согласно кинетической теории, газ, находящийся в закрытом сосуде, оказывает на его стенки давление, которое является ре-зультатом силового воздействия молекул газа, находящихся в беспорядоч-ном движении. Давление определяется как сила, действующая на единицу поверхности, и измеряется в паскалях (Па = Н/м²).

Сумма барометрического (атмосферного) и избыточного давления, оказываемого газом на стенки сосуда, составляет абсолютное давление:

рАБС = рБ + рИЗБ.

(2.3)

Удельный объем. Газ является однородным веществом, т. е. в каждой единице его содержится одинаковое количество вещества. Удельным объемом газа v, м³/кг, называется объем единицы его массы, определяемый

по формуле
v=V/М,	(2.4)

где V — объем, занимаемый газом, м³; М — масса газа в объеме V, кг. Количество вещества, содержащееся в единице объема, называют

плотностью газа ρ, кг/м³. Она является обратной величиной по отношению к удельному объему.

Состояние термодинамической системы, характеризуемое постоян-ным во времени и во всей массе системы значением параметров, называет-ся равновесным. В системе, находящейся в термодинамическом равнове-сии, отсутствует всякий поток тепла и вещества как внутри системы, так и между системой и окружающей средой. Равновесное состояние газа можно выразить уравнением f (р, V, T) = 0.

17

Идеальным газом называется газ, состоящий из молекул, размерами которых можно пренебречь и которые не взаимодействуют между собой (отсутствует потенциальная энергия взаимодействия). Введение понятия идеального газа в термодинамике позволяет получить более простые ана-литические зависимости между параметрами состояния. Опыт показывает, что с известным приближением эти зависимости могут быть применены для изучения свойств реальных газов.