Основные положения.

Используя основные параметры, можно определить и другие параметры состояния, которые будут рассмотрены в следующих разделах.

Удельный объем однородного вещества определяется объемом занимаемым единицей массы вещества

v = (1.1)

где: V- объем вещества, м³, m - масса этого вещества, кг.

Объем и масса вещества приведены в системе СИ. Следовательно, удельный объем в этой системе имеет размерность м³/кг.

Плотность однородного вещества определяется его массовым количеством в единице объема вещества и, соответственно, обратно пропорциональна удельному объему

ρ = , кг/м³ (1.2)

или ρ = (1.3)

Давление, с точки зрения молекулярно-кинетической теории, есть средняя нормальная составляющая силы ударов молекул газа, действующая на единицу площади стенки сосуда.

p = _(1.4)

где: F_н - нормальная составляющая силы ударов молекул;

S - площадь на которую действует сила.

Сила, в системе СИ, измеряется в Н, а площадь в м². Следовательно, давление есть нормальная сила, действующая на единицу площади. Единицей давления будет равнодействующая сила в 1Н равнораспределенная на площади

1м², называемая Паскалем (Па) 1Па=1Н/м². Возможно использование в практических расчетах кратных единиц давления: кПа, МПа (1кПа=1х10³Па; 1МПа=10⁶Па).

Для измерения давления используются следующие измерительные приборы: барометр, манометр, вакуумметр или мановакуумметр.

С помощью барометра измеряется давление атмосферы окружающей измерительный прибор. Барометрическое давление является абсолютным атмосферным давлением, и характеризует превышение атмосферного давления по сравнению с абсолютным нулем.

Манометр измеряет избыточное давление (P_и) и показывает превышение давления в замкнутой системе, куда он подключен, над абсолютным давлением газа окружающего измерительный прибор.

Вакуумметр измеряет вакуумметрическое давление (Р_в), характеризующее степень разрежения или величину уменьшения абсолютного давления в замкнутой системе, куда подключен вакуумметр, по сравнению с абсолютным давлением среды окружающем измерительный прибор.

Термодинамическим параметром состояния может быть только абсолютное давление (р).

В соответствии с вышеизложенным, абсолютное давление может быть определено по двум выражениям, в зависимости от соотношения абсолютного давления в системе и абсолютного давления газа окружающего измерительный прибор которое в дальнейшем будем называть атмосферным давлением (р_а).

При р> р_а

p = p_а+p_и (1.5)

При р< р_а

p = p_а-p_в (1.6)

Для измерения избыточного и вакуумметрического давления используются пружинные или жидкостные манометры.

Единицей измерения пружинных манометров является паскаль Па или единицы кратные ему - кПа, МПа. Но в настоящее время еще существуют приборы единицей измерения, которых являются: бар и кГс/см² (техническая атмосфера)

1бар=10Н/см²=10⁵Па

1 кГс/см²=9, 81 Н/см²=9.81 х 10⁴=98.1 кПа

В жидкостных манометрах избыточное или вакуумметрическое давление характеризуется разностью высот уровня жидкости в левом и правом плечах манометра (в дальнейшем высота столба жидкости h) рис. 1.

Величину избыточного и вакуумметрического давления можно
определяется по высоте столба жидкости по следующему выражению:
р_u=ρ gh; Па (1.7)

где: р - плотность жидкости, заполняющей манометр (кг/м³), при данной температуре;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

h - высота столба жидкости в жидкостном манометре, м.

а) б)

Рис. 1. Измерение давления с помощью жидкостного манометра, а) мано­метрического (давление в резервуаре больше атмосферного), б) вакуум-метрического (давление в резервуаре меньше атмосферного).

Плотность жидкости зависит от температуры. В технических расчетах необходимо использовать плотность жидкости при нормальных условиях t=20°C=293°K и р=760 мм.рт.ст.=101325Па.

При более точном определении давления показываемого жидкостным манометром необходимо рассчитать плотность жидкости при фактической температуре. Расчет производится по следующей формуле:

ρ = ρ ₀(1-β _t х ∆ t) (1.8)

где: р0- значение плотности жидкости при Т=293°К (табл. 1);

∆ t- отклонение фактической температуры жидкости от 293°К.

β t- коэффициент температурного расширения (таб. 1).

Таблица 1.1

∆ t = Т_ф - 293°К = t_ф - 20°С (1.9)

Температура, как параметр состояния рабочего тела используется в абсолютном исчислении по шкале Кельвина (К). Абсолютная температура всегда положительна. При измерении температуры в градусах по Цельсию абсолютная температура определяется из соотношения

T = 273+t°C (1.10)