Файл: Соловьев Е.М. Судовые энергетические установки, вспомогательные и промысловые механизмы учеб. пособие.pdf

1,0332 кгс/см2: с такой силой давит атмосферный воздух на уровне

считываемое от величины абсолютного вакуума; оно равно сумме атмосферного и избыточного давлений:

куум, или разрежение. Вакуум, как и атмосферное давление, из­ меряется в паскалях, миллиметрах столба жидкости, килограммах на квадратный сантиметр, а также в процентах.

Глубина вакуума подсчитывается по формуле

10

где йразр — разрежение, мм рт. ст.; /гатм — атмосферное давление, мм рт. ст.; /іабс — абсолютное давление, мм рт. ст.

Пусть, наприм-ер, барометр показывает атмосферное давление 760 мм рт. ст., а внутри аппарата, где имеется разрежение, баро­ метр показывает 60 мм рт. ст. Это значит, что в нашем аппарате абсолютное давление равно 60 мм рт. ст., поэтому разрежение (вакуум) в аппарате составит

/гра,р = 760—60 = 700 мм рт. ст.

Непосредственно вакуум определяется при помощи приборов, называемых вакуумметрами. Если бы к нашему аппарату присо­ единить вакуумметр, он показал бы 700 мм рт. ст. Таким образом, вакуумметр показывает разницу между атмосферным давлением и абсолютным давлением в аппарате с разрежением.

Как уже говорилось, вакуум можно измерять не только в мил­ лиметрах ртутного столба, но и в процентах. Например, если по­

Т е м п е р а т у р а — степень нагретости тела; она характеризует среднюю кинетическую энергию беспорядочного движения молекул тела. Температура измеряется термометрами различного типа (ртутными, спиртовыми, электрическими, термометрами сопротив­ ления и др.).

В технической термодинамике для измерения температуры ис­ пользуют международную практическую температурную шкалу, при­ нятую в 1968 г. на сессии Международного комитета мер и весов. Единицей измерения температуры служит кельвин (К), представ­ ляющий собой 1/273,16 часть температуры тройной точки воды. В этой точке одновременно существуют и находятся в температур­ ном равновесия все три фазы: твердая — лед, жидкая — вода и газо­ образная — водяной пар. Выбор тройной точки воды для определе­ ния единицы измерения температуры вызван тем, что она легко может быть воспроизведена в лабораторных условиях. Темпера­ тура Кельвина выражается только положительными числами. Кипя­ щая при нормальном атмосферном давлении (101,3 кПа) вода, на­ пример, имеет температуру 373 К, замерзшая вода имеет темпера­ туру ниже 273 К. Международной практической температурной шкалой допускается также применение температуры Цельсия, в ко­ торой единицей измерения служит градус Цельсия (°С), равный Кельвину. Нуль температуры Цельсия близок к тройной точке воды; кипящая вода имеет температуру +100° С. Температура Цельсия ниже нуля выражается отрицательными числами. Раз­ ности температур Цельсия и Кельвина численно равны

Т \— T^ — tx— t^-

XX

Перевод температур Кельвина в температуры Цельсия и обратно может быть выполнен по формулам:

t = T — 273°С;

Т = 273 + ^ К-

На приборах судов иностранной постройки встречается тикала Фаренгейта. Для пересчета пользуются зависимостями

Объем, занимаемый единицей массы рабочего тела, называется у д е л ь н ы м о б ъ е м о м . Он обозначается ѵ и измеряется в куби­ ческих метрах на килограмм (м3/кг). Масса единицы объема назы­ вается п л о т н о с т ь ю , обозначается р и измеряется в килограм­ мах на квадратный метр. Удельный объем и плотность — величины взаимообратные, т. е.

1 1 1

— = р; -р -= о ; ор =і -

Газообразные тела при изменении давления и температуры из­ меняют свой объем, а следовательно, плотность и удельный объем. Поэтому когда говорят об удельном объеме и плотности, указы­ вают температуру и давление, при которых эти величины были замерены.

В справочной литературе р и ѵ даются для нормальных физи­ ческих условий [/7—101,3 кПа (760 мм рт. ст.); £=0°С )].

Понятие об идеальных и реальных газах. Для упрощения рас­ четов в теплотехнике пользуются понятием и д е а л ь н ы е газы. Идеальных газов в природе не существует. Считается, что в этих газах совершенно отсутствуют молекулярные силы, а сами моле­ кулы принимаются за материальные точки, объемом которых можно пренебречь. Такие допущения в практических расчетах дают мало заметные погрешности, но вместе с тем позволяют значительно упростить расчеты.

В отличие от идеальных газов все действительно существую­ щие газы называются р е а л ь н ы м и .

Закон Авогадро. В термодинамике в качестве единицы массо­

в килограммах численно равна молекулярной массе. Например, для кислорода 0 2, молекула которого состоит из двух атомов с атомной массой 16,1 кмоль = 16X2 = 32 кг;для углекислого газа СОг 1 кмоль= 124-(16X2) =44 кг.

Введение понятия «киломоль» в расчеты оказалось очень удоб­ ным, в частности потому, что объемы киломоля любого идеального газа при одинаковых температурах и давлениях одинаковы. Это является следствием закона Авогадро, который можно сформули­

12

ровать так: количества газов, занимающих одинаковые объемы при одинаковых давлениях и температуре, относятся прямо пропорцио­ нально их молекулярным массам и обратно пропорционально их удельным объемам. Отсюда следует, что объемы молей разных га­ зов, взятых при одинаковых условиях, равны между собой и при нормальных физических условиях составляют величину, равную

этому удельная газовая постоянная выражается в джоулях на ки- лограмм-Кельвин.

Так как в уравнение (а) входит удельный объем газа, то оно справедливо только для 1 кг газа. Для произвольного же коли­ чества его — например для М кг, уравнение состояния будет иметь вид

pv = MRT.

Если обе части уравнения (а) умножить на молекулярную массу р, получим уравнение состояния для одного киломоля

pup = |xR jH,

где u p — объем 1 кмоля но;

из этого уравнения получаем

Произведение pR является одинаковым для всех идеальных

Универсальная газовая постоянная при номинальных физиче­ ских условиях составляет

R0 = 8314,3 кДж (кмоль-К) = 847,8 кгс/м (кмоль-С).

13

§ 2. Теплоемкость газов и газовых смесей

Понятие о теплоемкости. Теплоемкостью называется количество тепловой энергии (теплоты), которое нужно подвести к данному количеству вещества (в частном случае газа), чтобы нагреть его на

Так как количество газа может быть измерено в килограммах, кубических метрах и киломолях, то в соответствии с этим в тепло­ технике различаются и удельные теплоемкости.

чество теплоты, которое нужно подвести к одному кубическому метру газа при нормальных условиях, чтобы нагреть его на один градус. Объемная теплоемкость обозначается буквой С', ее единица кДж/ (м3-К).

М о л ь н о й т е п л о е м к о с т ь ю называется такое количество теплоты, которое нужно подвести к одному киломолю газа, чтобы нагреть его на один градус. Мольная теплоемкость обозначается Сц; единица мольной теплоемкости — кД ж /(кмоль • К ).

Зависимость между тремя теплоемкостями определяется следую­ щими уравнениями:

—между массовой и мольной

С= ^г*- Дж/(кг-К);

—между объемной и мольной

с' = - ^ Дж/(м3-К);

—между массовой и объемной

ГЛАВА II

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ

§ 3. Первый закон термодинамики

Сущность первого закона термодинамики. Термодинамика как наука, изучающая процессы преобразования различных форм дви­ жения материи, опирается на наиболее общий, универсальный за­ кон природы — закон сохранения энергии. Полет самолета, нагре­ вание воды в котле, перемещение электронов по проводникам —

14