Файл: Лукьянов Н.Н. Основные понятия технической термодинамики учеб. пособие.pdf

Скачать файл (3,84Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 02.08.2024

Просмотров: 81

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

	- 30 -
Тепловая степень свободы обуславливается наличием разно
сти температур у	среды и системы, поэтому температура Т,
в этом случае является основным параметром.
Механическая степень свободы означает возможность из
менения объема системы, вследствие разности давлений у
системы и среды,	причем увеличению давления должно соответ
ствовать обязательное уменьшение объема и наоборот.
В этом .случае (но при отсутствии тепловой отѳпѳни		сво
боды) основными параметрами состояния системы, имѳпцей
только механическую степень свободы, являются объем -		у-
и давление - р	, связанные между собой однозначно. Бели же
система тепло-механическая, т .е . имеющая одновременно		и

тепловую в механическую степени свободы, то основными пара метрами состояния системы оказываются три параметра, т .е . температура - Т, давление - р , объем - у . Их отличи

тельная черта от других параметров (энтальпия, энтропия,

внутренняя энергия я т . д . ) заключается в тем,что они под

даются НЕПОСFE5CTBJHНОМУ ИЗМЕРЕНИЕ ПРИБОРАМИ. Из трех па

раметров состояния		независящ ий параметрами являются толь
ко два - р	и Т	или	у	я Т. Третий параметр являетоя
однозначной	функцией от первых двух, т . е .
	(/= і>(Р,Ѵ		« и	р =. р (ѵ,Т)

Понятие температуры господствует над всем учением о теплоте, в связи с чем при дальнейшем раздельном рассмотре ния основных параметров наиболее подробный разбор приводя тся о параяѳтре - температуре.

ТЕМПЕРАТУРА.Рассматривая перенос тепла от одного те ла к другому, можно придти к понятию температуры, кото

рая определяет НАПРАВЛЕНИЕ самопроизвольного переноса


тепла. Действительно, если температура одного тела									t i
выше, чем	температура		другого		тела	t 2 ,т о	очевидно,
что тепло	переходит от		тела	с	температурой		t i	к	телу
с температурой		t ■АПри равенстве температур					t	1 =t Д'
переноса	тепла	между двумя		телами		не происходит.			Сле

довательно, ТЕШЕРАТУРА ЕСТЬ СТЕПЕНЬ НАГРЕТОСТИ ТЕЛА. Однако это определение^чисто качественное, отражало

период развития науки, когда человеческое ощущение яв

лялось основой при выводах о свойствах физических тел .

Существует второе определение температуры, научно

более обоснован о е.°н о построено на понятии термодинами

ческого равновесия, когда два соприкасающихся ѵежду со бой различно нагретых тела через некоторое время прини мают одинаковую температуру, приходя в состояние тепло

вого равновесия.Условившись		состояние одного	из	тел
считать за начальное,	т . е .	"нулевое".приходим	к	такому
опре делению :ФИЗИЧЕСКАЯ	ВЕЛИЧИНА, ЯВЛЯКШЯСЯ МЕРОЙ ОТКЛО

НЕНИЯ ДАННОГО ТЕЛА ОТ ТЕПЛОВОГО РАВНОВЕСИЯ С ДРУГИМ ТЕ ЛОМ, СОСТОЯНИЕ КОТОРОГО УСЛОВНО ПРИНЯТО ЗА НУЛЕВОЕ.

Измерение численной величины температуры производит ся с помощью термометров,применение которых основано на том факте,что два соприкасающихся тела ( в данном случае термометр и тело,температуру которого следует измерить)

через некоторое время приходят к состоянию теплового равновесия и принимают одинаковую температуру.

В основу устрПства различных термометров положена зависимость от температуры какого-либо из свойств веще ства: теплового расширения тел при нагревании в жидкостных термометрах (ртуть, спирт); изменение электрического со противления проводника при нагревании в термометрах со противления; изменение давления вещества в газообразном состоянии при постоянном объеме или, наоборот.объема его при постоянном давлении - в газовых термометрах и др.

Очевидно,при этом методе замер температур какого-ли бо тела НЕПОСРЕДСТВЕННО , как измеряют другие физические величины - длину, вес, объем - не представляется возмож ным, ибо в природе не существует образца единицы этой ве личины.Следовательно, особенность измерения температуры заключается в том, что око производится косвенным путем. Числовой отсчет температуры производится по шкале темпе ратур. Шкала температур устанавливается путем произвольного выбора двух постоянных температурных точек и деления раз

ности показаний термометра в них на некоторое число равных частей, называемых ПРіДУСШІ.

Для расширения диапазона измеряемых температур с обе их сторон шкаля наносят.добавочные деления.В принципе, может иметься множестве различных температурных шкал,так как выбор постоянных температурных точек и цены деления нхалы произволен.Так, в шкале Цельсия один градус получа ется от деления на 100 равных частей интервала между

двумя точками: температурой таяния льда при нормальном


атмосферном давлении (принимаемой за						0	градусов)	и тем
пературой		кипения воды п и		нормальном атмосферном давле
нии	( принимаемой равной			100 градусам) .Шкала Фаренгей
та тем же		состояниям приписывает			32°	F	и 212	0 F.
	Температура тела , измеряемая по					установленной опи
санным способом шкале,			будет зависеть			от свойств		приме
няемого термометрического веществе и называется								ЭМПИ
РИЧЕСКОЙ		температурой	(обозначается			t	),
'	Крода	эмпирической температуры,				имеется еще		АБСО
ЛЮТНАЯ температура и тождественная ей							ТЕРМОДИНАМИЧЕС
КАЯ	температура (обозначается				Т).
	К понятию абсолютной			температуры		приводит кинети

ческая теория газов,в соответствии с которой - темпера

тура,	пропорциональная средней кинетической	энергии по-
	- о
ступательного движения молекулы		называ
ется	абсолютной,т.е.
	m W z

=ВТ,	( I )

где угу. - масса молекулы;

W- средняя квадратичная скорость поступа тельного движения молекул;

Б- коэффициент пропорциональности;

Т- абсолютная температура.

Как видно из выражения (і) , абсолютная температура принимает значение, равное нулю, при w 0. Это оз начает, что при такой температуре (. Т- = 0 ), должно пре-

кратиться поступательное движение молекул .Эта предельная минимальная температура называется АБСОЛЮТНЫМ НУЛЕМ. Сле

довательно, абсолютная температура показывает , насколько

отличается средняя кинетическая энергия молекулы газа от ее нулевого значения. Чем больше средняя скорость движе ния молекул, тем выше температура тела. Не имеет никакого

смысла говорить о температуре одной, отдельно взятой моле
кулы или их небольшого количества .Температура	характеризу
ет свойства только совокупности большого чиола	молекул,

являясь макроскопической величиной, определяемой стати стическими закономерностями.

Ввиду того,что абсолютный нуль - наинизшая температу

ра. абсолютная температура	ВСЕГДА ПОЛОЖИТЕЛЬНА	( Т ^ О).
Абсолютная температура тела	может быть измерена	при по

мощи газового термометра^ котором в качестве термометрическо

го вещества взят разреженный газ - например, водород, гелий, неон (при этом газ считается идеальным).Так как давление идеального газа также пропорционально средней кинетической энергии поступательного движения і \лекул, то абсолютная температура пропорциональна давлению идеального газа при постоянном объеме.В газовом термометре непосредственно из меряется давление идеального газа, по которому определяется абсолютная температура .Термодинамическая температура (и, соот ветственно, термодинамическая температурная шкала) вводит ся на основании второго закона термодинамики и в соответству ющем разделе курса термодинамики доказывается, что термоди намическая шкала температур тождественна абсолютной темпера турной шкале.Определение же самой термодинамической темпера-

туры связано с измерением количеств теплоты. Значение термодинамической температуры тела,в отличие от эмпи

рической температуры, совершенно не зависит от выбора термометрического вещества,что очень важно с теорети

ческой и практической точек зрения.

В соответствии с ГОСТ- 8550-61, в СССР применя

ют две температурные шкалы: Международную практическую температурную шкалу (Ш1ТШ) .являющуюся конкретным примером шкалы эмпирической температуры, и термодинамическую.Рассмотриы поочередно эти шкалы. Международная практическая

шкала (см. рис. 6) воспроизводится с помощью ШЕСТИ по

стоянных точек : точка кипения жидкого кислорода,тройная

точка вода, точка кипения вода, точка кипения серы, точка

затвердевания серебра, точка затвердевания золота (точки кипения и затвердевания при нормальном атмосферном дав

лении - 760 мм рт. с т .).

Тройной точкой называется такое состояние, когда од

новременно существуют и находятся в температурном равно весии все три фазы - твердая (лед) , жидкая (вода) и газо образная (водяной пар), для вода это состояние реализует

ся при давлении	^	0,006 бар.
По шести постоянным температурным точкам в специ
альных учреждениях		Комитета по делам мер и измеритель

ных приборов производится поверка и градуировка			приборов,
предназначенных		для выполнения точных измерений	и для
проверки	других	( технических) приборов.В Международной
практической шкале температура измеряется в градусах
Цельсия	t °С . Температура в этой шкале может быть

положительной, тогда она больше (выше) нуля и отрицательна, когда она меньше (ниже) нуля .Температуру выше нуля принято обозначать знаком + (плюс) или не ставить знака совсем , температуру ниже нуля обозначают обязательно знаком - (ми нус).

Ш е р м о З и н а / и и о е с к а я __М еж дународная

■ШМШ, тГс Шала., тоо с. rat/tta іатбйр-

-дебания золота.

980,8"С точна зат-

-оерЗебания серебра

ЦЩ£°С точка к и пения серы

Ш * С т о к к а . к и п е - н и я о о д ы

/6 ,0 4 аС тройная m m

£п»г Іовы **0 С точна Таянияльда

-Шр^С-Точка кипя- !

кия нислорова

-2?3,і5°С-адсолют- -ный нуль

Рис1. 6 .Температурные шкалы.

Достоинством МПТШ является сравнительная простота экспе риментов для ее воспроизведения.Однако она является лишь при ближением к термодинамической шкале,и по мере совершенствова-

пия методики измерений термодинамической температуры зна

чения постоянных точек уточняются, т .е . ШТШ не является чем-то постоянным и окончательно установленным.

В качестве основной единицы СИ выбрана единица тер

модинамической температуры (градус Кельвина ; 0 К), хотя ее воспроизведение связано с большими экспериментальными трудностями .При практических измерениях термодинамической температуры измеряют не количество теплоты, а давление газа в газовом термометре.

Термодинамическая температурная шкала имеет			одну
опытно-воспроизводимую точку, являющуюся исходной
тройную точку воды, которой приписано значение			273,16 °К
и 0,01 °С.	Эта -очка	( воспроизводимая с более	высокой
точностью,	чем точки	таяния льда и кипения воды) выше