Исходные определения и понятия

1.1.1. Термодинамическая система

Материальное тело, выделенное в качестве объекта исследования термодинамическим методом, называется т е р м о д и н а м и ч е- с к о й с и с т е м о й.

За термодинамическую систему может приниматься и совокупность материальных тел, способных взаимодействовать между собой и с другими телами.

Все, что не включено в систему, но может взаимодействовать с ней (обмениваться энергией и веществом), представляет собой о к р у ж а ю- щ у ю с р е д у. Поверхность раздела между системой и окружающей средой принято называть к о н т р о л ь н о й п о в е р х н о с т ь ю. Термодинамическая система формируется в соответствии с решаемой задачей. Пространственные размеры термодинамической системы и время ее существования предполагаются достаточными для проведения измерений. Примерами термодинамических систем могут служить: газ в цилиндре поршневого компрессора; продукты сгорания в тракте газотурбинного двигателя; хладагент в агрегатах паровой компрессорной холодильной машины и т.д.

В зависимости от возможных способов изоляции системы от внешней среды различают несколько видов термодинамических систем. Если термодинамическая система обменивается с окружающей средой веществом, то такую систему называют о т к р ы т о й. У закрытых систем обмен веществом отсутствует. Среди закрытых систем выделяют э н е р г о и з о л и р о- в а н н ы е – такие, которые не обмениваются с окружающей средой никакими видами энергии. Кроме того, закрытые системы могут быть а д и а- б а т н ы м и – они не обмениваются с окружающей средой энергией только в форме теплоты.

Строго говоря, понятия изолированных и адиабатных систем являются абстрактными. Необходимо отметить, что использование научных абстракций при анализе свойств исследуемых систем является характерным для термодинамики.

Тела, входящие в термодинамическую систему, могут находиться в твердом, жидком, газообразном и ионизированном фазовых состояниях. Термодинамическую систему, состоящую из одной фазы, называют г о м о-

г е н н о й, а систему, состоящую из различных фаз, разграниченных поверхностями раздела, – г е т е р о г е н н о й.

Вообще говоря, любую термодинамическую систему следует рассматривать как совокупность микрочастиц (агрегатов молекул, молекул, атомов, электронов и т.д.). Все частицы находятся в состоянии движения, и между ними существуют силы взаимодействия. У тел в твердом состоянии силы взаимного притяжения молекул очень велики, вследствие чего тело имеет определенную форму. У тел в жидком состоянии межмолекулярные связи ослаблены до такой степени, что тело принимает форму сосуда, в котором оно находится. В газообразных телах молекулы находятся на столь больших расстояниях друг от друга, что межмолекулярные силы весьма малы, и поэтому газ стремится к беспредельному расширению.

В данном разделе будут рассматриваться в основном гомогенные системы, состоящие из газообразной фазы.

Совокупность физических свойств, присущих рассматриваемой системе, называют с о с т о я н и е м системы. Величины, характеризующие физические свойства, именуют п а р а м е т р а м и с о с т о я н и я. В зависимости от способа определения их численных значений параметры состояния делятся на т е р м о д и н а м и ч е с к и еи к а л о р и ч е с к и е.

К термодинамическим относят те параметры состояния, которые определяются путем измерений (давление, температура, объем).

Калорические параметры также описывают состояние системы, но их значения определяются только расчетным путем (например, энтальпия, энтропия и др.). Особенностью калорических параметров является то, что их изменение зависит только от начальных и конечных состояний системы. По этой причине калорические параметры состояния еще называют ф у н к-

ц и я м и состояния.

Параметры состояния обладают либо свойствами и н т е н с и в н о с-

т и, либо свойствами э к с т е н с и в н о с т и (а д д и т и в н о с т и).

Интенсивный (с лат. – усиленный) параметр как для всей системы, так и для отдельных ее частей одинаков, он не зависит от количества вещества в системе. К интенсивным параметрам состояния относят температуру, давление и др.

Экстенсивный или аддитивный (с лат. – получаемый сложением) – это тот параметр системы, который вычисляется как сумма идентичных параметров отдельных ее частей. Так как количество вещества в системе равно сумме количеств веществ отдельных ее частей, то термодинамические параметры, пропорциональные количеству вещества в данной части системы, относятся к экстенсивным. Примерами экстенсивных параметров состояния являются внутренняя энергия, энтропия и др.

Будучи отнесены к количеству вещества, экстенсивные величины перестают зависеть от размеров системы, и приобретают свойства интенсивных величин.

Для выражения значений термодинамических величин следует использовать основные и производные, кратные и дольные величины Международной системы единиц (СИ). В табл.1 Приложения приведены основные и производные единицы величин, используемые в теплотехнике.

1.1.2. Термодинамические параметры

К термодинамическим параметрам состояния относят т е м п е р а т у- р у, д а в л е н и е, у д е л ь н ы й о б ъ е м и п л о т н о с т ь.