ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ ТЕЛА

Величины, характеризующие тело в данном состоянии, называются параметрами состояния. Состояние тела определяется следующими параметрами: удельным объемом, давлением и температурой.

1. Удельный объем (u) тела представляет собой объем единицы его массы. За единицу массы принимают килограмм (кг), за единицу объема - кубический метр (м­­³).

Если V - объем в м³, занимаемый телом массой в М кг, то удельный объем:

u = кг/м³ (1.1)

Величина, обратная удельному объему:

1/u = r = кг/м³ (1.2)

представляет собой массу единицы объема и носит название плотности.

Из уравнения (1.2) следует:

ur = 1

V = Mu = M/r, м³ и М = rV = кг

2. Давление (p) измеряют силой, приходящейся на единицу поверхности. Так как за единицу силы принимают 1 Ньютон, а за единицу поверхности - м², то давление измеряют в Н/м² = Па.

На практике давление измеряют в кПа, МПа, т.к. действительное давление во много раз больше 1 Па.

В технической системе за единицу силы принимают килограммсилу (кгс, кГ), а за единицу давления - кгс/м², кГ/м². Еще применяют техническую атмосферу 1ат = 10 кГ/м²=9,81·10 Па= 0,981 бар.

Давление измеряют и высотой столба жидкости (ртути или воды).

Техническая атмосфера соответствует 735,6 мм рт. ст. при температуре 0°С или 10 мм вод. ст. Так называемая физическая атмосфера (ат), или стандартное атмосферное давление, сохраняет свое значение и при пользовании системой СИ и соответствует 760 мм рт. ст. при температуре ртути 0°С или 10332 мм вод. ст.

1 ат = 1кГ/см² = 10000 кГ/м² = 735,6 мм рт. ст. = 10000 мм вод. ст. = 0,981 бар = 98кПа

1 атм = 1,0332 кГ/см² = 10332 кГ/м² = 760 мм. рт. ст. = 10332 мм. вод. ст. = =1,013 бар = 101,3 кПа

Таким образом, 1 кГ/м² = 1 мм вод. ст. = 9,81 Па.

Для расчетов можно допустить, что 1 бар »1 ат и 1 мм вод. ст. »10 Па.

Манометры служат для измерения давления выше атмосферного. Их показания дают избыток давления измеряемой среды над атмосферным – манометрическое (Р_ман), или избыточное (Р_изб), давление.

Абсолютное давление определяется из соотношения:

Р_абс = Р_ман + В (1.3)

где В – атмосферное, или барометрическое давление.

Вакуумметры служат для измерения давления ниже атмосферного. По их показаниям судят, насколько давление рассматриваемой среды меньше атмосферного (вакуум, разрежение). Абсолютное давление в этом случае определяется:

Р_абс = В – Р_вак (1.4)

При измерении давления высотой ртутного столба следует иметь в виду, что показание прибора зависит не только от давления измеряемой среды, но и от температуры ртути, так как с изменением последней изменяется также и плотность ртути. При температуре ртути выше 0°С плотность ее меньше, а, следовательно, показания прибора выше, чем при том же давлении и при температуре ртути 0°С. При температуре ниже 0°С будут иметь место обратные соотношения. Это следует иметь в виду при переводе давления, измеренного высотой ртутного столба, в другие единицы измерения давления. Проще всего это делается приведением высоты столба ртути к 0°С путем введения поправок на температуру ртути в приборе.

Величина поправки на 1000 мм рт. ст. для различных температур указана ниже.

Таблица 1.1

При температуре ртути выше 0°C указанную поправку нужно вычитать из показаний прибора; при температурах ниже 0^°C данную поправку нужно прибавлять к показаниям прибора. Приведение показаний ртутного барометра к 0°С также легко получить из следующего соотношения:

В_o= В(1 – 0,000172t) (1.5)

где В_o – показание барометра, приведенное к 0°С;

В – действительная высота ртутного столба при температуре воздуха;

0,000172 – коэффициент объемного расширения ртути.

3. Третьей основной величиной, характеризующей состояние тела, является температура. Температуры могут быть выражены, в зависимости от начала отсчета, в градусах Кельвина (К) и градусах Цельсия (°С). В качестве единственной воспроизводимой опытным путем постоянной точки термодинамической температурной шкалы (реперной точки) взята тройная точка воды, которой присвоены значения 273,16 К и 0,01°С. Тройная точка воды – это температура, при которой все три фазы воды (твердая, жидкая, газообразная) находятся в равновесии. Нижним пределом шкалы является абсолютный нуль. Термодинамическую температурную шкалу называют также абсолютной шкалой.

Для практических целей пользуются международной температурной шкалой, которая основана на шести постоянных и воспроизводимых опытным путем температурах, из которых основными являются температуры таяния льда и кипения воды при нормальном атмосферном давлении (соответственно 0 и 100 °С).

Температуру по международной практической температурной шкале, отсчитываемую от температуры абсолютного нуля, обозначают через Т и называют абсолютной температурой.

Из сделанных определений вытекает зависимость: T°K= t°C+273,15

ЗАДАЧИ

1.1 (8). Определить абсолютное давление пара в котле, если манометр показывает p = 2,45 бар, а атмосферное давление по ртутному барометру составляет B = 700 мм при t = 20°C.

РЕШЕНИЕ

По формуле (1.3): P_абс= P_ман + B