визначення термодинамічних властивостей різних речовин і матеріалів

Міністерство Освіти і Науки України

Львівський Інститут Економіки і Туризму

Реферат

На тему: «Методи визначення термодинамічних показників властивостей різних речовн і матеріалів»

 

Підготувала

ст.гр ТОПХ – 07

Мулик Тетяна

Перевірив

Караван Ю.В.

Львів 2008 р.

План

 

Вступ

1.         Класифікація та методи вимірювання

2.         Термодинамічні величини

1.1       Термодинамічна температура

1.2       Температурний градієнт

1.3       Температурний коефіцієнт відносної зміни фізичної величини

1.4       Теплота, кількість теплоти

1.5       Тепловий потік

1.6       Коефіцієнт теплообміну

1.7       Теплоємність тіла (системи)

1.8       Ентропія

1.9       Термодинамічний потенціал

1.10    (Термічний) коефіцієнт корисної дії

Вступ

Вимірювання є одним із найважливіших шляхів пізнання природи людиною. Воно дає кількісну характеристику навколишньому світу, розкриває діючі в природі закономірності. Математика, фізика, електроніка стали іменуватися точними науками тому, що завдяки вимірюванням одержали можливість встановлювати точні кількісні співвідношення, що виражають об'єктивні закони природи.

Родоначальник вітчизняної метрології - великий російський вчений Д.І. Менделєєв - визначив значення вимірювання для наукового та технічного прогресу так: "Наука починається з тих пір, як починають вимірювати... Точна наука не мислима без міри... У природі міра та вага суть головні знаряддя пізнання та немає настільки малого, від якого не залежало б усе найбільше".

Усе зростаючу роль відіграють вимірювання в наш час - час бурхливого розвитку електроніки, атомної енергетики, електронно-обчислювальних машин (ЕОМ), освоєння космосу. Висока точність керування польотами космічних апаратів досягнута завдяки сучасним ЗВТ, встановленим як на самих космічних об'єктах так та у вимірювально-керуючих центрах. Усе більшу роль відіграють вимірювання у виробництві. Самі технологічні процеси зараз значною мірою складаються з вимірювальних операцій, питома вага яких усе більш зростає завдяки автоматизації.

Будь-який технологічний процес характеризується великою кількістю параметрів, які змінюються в широких межах. Для підтримки формального режиму технологічного процесу необхідно вимірювати його параметри. Поряд з цим, чим достовірніше виконуються вимірювання технологічних параметрів, тим вище якість продукції, що випускається. Сучасні підприємства з неперервним характером виробництва, наприклад, нафтохіміч­ного профілю, для підтримки якості продукції використовують вимірювання різноманітних фізичних параметрів таких, як рівень, час, склад речовини (густина, вологість, вміст хімічних домішок тощо), напруга, струм, швидкість тощо. Кількість вимірювальних параметрів при цьому може досягати декількох тисяч (в атомній енергетиці — до десятків тисяч). Практично нема такої області науки і техніки або галузі народного господарства, яка б могла обійтися без вимірювання. По мірі розвитку науки і техніки роль вимірювань безупинно збільшується.

Вимірювання є гарантом забезпечення ефективності технологічних процесів та високої якості продукції. Без вимірювань неможливі всі дослідження науки і техніки. біології, медицині, сільському господарстві, в охороні довкілля

Особливу роль мають вимірювання у вирішенні найважливі­шої виробничої задачі будь-якої держави - підвищенні якості продукції, тому що всі показники якості являють собою розміри, контрольо­вані за допомогою відповідних ЗВТ на всіх стадіях виробництва продукції.

2. Класифікація та методи вимірювання

Вимірювання фізичних величин, зокрема і термодинамічних, є основою як наукового експерименту, так і масових вимірювань в усіх галузях народного господарства. Досліджуючи об'єкт чи технологічний процес, доводиться вимірю­вати багато різних фізичних величин та параметрів технологічних процесів.

Загалом вимірювання фізичних величин є багатоступінчастим процесом, що поєднує як саму процедуру вимірювань з її типовими вимірювальними операціями, так і ряд підготовчих та заключних процедур, які необхідно виконати до та після самих вимірювань.

Процес вимірювання можна розділити на три етапи:

-     підготовка та планування вимірювань;

-     виконання вимірювань;

-     опрацювання та аналіз отриманих даних.

Вимірювання класифікують за такою схемою

Існує велика кількість методів вимірювання. Одну та ту ж величину можна вимірювати декількома різноманітними методами. Вибір того або іншого з них визначається видом вимірюваної величини, необхідною точністю, швидкістю проведення вимірювання, економічними міркуваннями.

В залежності від характеру використання основні методи прямих вимірювань розподіляють на дві групи: метод безпосереднього оцінювання фізичних величин та метод порівняння.

Метод безпосереднього оцінювання вимірювання - значення величини отримують безпосередньо по відрахунковому пристрою вимірювального приладу прямої дії.

Методи порівняння засновані на порівнянні вимірюваної величини з іншою, що відтворюється мірою. Вони забезпечують більш високу точність вимірювання, проте вимірювальні прилади, засновані на цьому методі, як правило, складніші в конструктивному відношенні. Розрізняють такі різновиди методів порівняння:

Метод порівняння з мірою - це метод вимірювання, при якому вимірювана величина порівнюється з іншою, що відтворюється мірою. Наприклад, вимірювання напруг постійного струму на конденсаторі порівнянням із ЕДС нормального елемента.

Метод протиставлень - метод порівняння з мірою, при якому вимірювана величина та величина, що відтворена мірою, одночасно впливають на прилад порівняння, за допомогою якого встановлюється співвідношення між цими величинами. Наприклад, вимірювання маси на рівноплечих вагах з розміщенням вимірюваної маси та зрівноважуючих її гир на двох шальках ваг; вимірювання частоти за фігурами Ліссажу.

Диференціальний метод - метод порівняння з мірою, при якому на вимірювальний прилад діє різниця між вимірюваною та відтвореною мірою величиною. Цей метод дозволяє одержати результати з високою точністю, навіть при застосуванні відносно грубих приладів. Прикладом методу може бути вимірювання ЕРС ( Е_х ) порівнянням її з еталонною ЕРС ( Е_ет ).

Метод заміщень - метод порівняння з мірою, при якому вимірювану величину заміщують відомою величиною, відтвореною мірою. При цьому методі вимірювана величина заміщується відтвореною мірою величиною таким чином, що показання індикатора вимірювального приладу залишаються незмінним. Прикладом може служити зважування з почерговим розміщенням вимірюваної маси та гир на одну та ту ж саму шальку ваг.

Метод збіжностей - метод порівняння з мірою, при якому різииця між вимірюваною величиною та величиною, що відтворена мірою, вимірюється за допомогою використання збіжності позначок шкал або періодичних сигналів. Цей метод використовується при вимірюванні довжини за допомогою штангенциркуля з ноніусом. Сюди також відносяться методи, що використовують явища биття, стробоскопічний ефект, інтерференцію світлових хвиль тощо.

Нульовий метод - метод порівняння з мірою, при якому результуючий ефект дії вимірювальної величини та відомої величини, яка відтворюється мірою, на приладі порівняння доводять до нуля. Метод застосовується в тому випадку, коли використовується багатозначна міра (міра, що відтворює ряд однойменних величин різноманітного розміру) або набір мір. Класичним прикладом використання нульового методу є різноманітні мостові схеми для вимірювання індуктивностей, ємностей та інших величин.

3.Термодинамічні величини

Будь-який процес вимірювання безпосередньо або побічно заснований на порівнянні вимірювальної фізичні величини із деяким розміром, умовно прийнятим за одиницю. Отже, принципова можливість проведення вимірювання може бути реалізована тільки в тому випадку, якщо встановлений спосіб досить точного фізичного відтворення одиниці фізичні величини у вигляді конкретного зразка - еталона одиниці. Тому науково-обгрунтований вибір одиниць, побудова їхніх систем, а також створення відповідної системи еталонів є найважливішими проблемами метрології. Історично склалося так, що рівнобіжний та майже незалежний розвиток різноманітних галузей науки й техніки призвів до появи багатьох систем одиниць фізичних величин та великого числа позасистемних одиниць. Існуюча і зараз множинність одиниць викликає необхідність перекладу значень фізичних величин з одних одиниць в інші, гальмує розвиток промисловості, ускладнює науково-технічні й економічні зв'язки між різними країнами, вивчення наукових дисциплін.

В міру розвитку метрології було встановлено, що доцільним є такий вибір одиниць, при якому одиниці деяких розмірів установлюють довільно, незалежно один від одного (такі одиниці називають основними), а одиниці інших розмірів виражають через основні, виходячи з фізичних формул (визначальних рівнянь), що пов'язують вимірювальні величини з основними (такі одиниці називають похідними).

Основними термодинамічними одиницями є:

1.Термодинамічна температура - [T,]; (thermodynamic temperature, термодинамическая температура) - температура, що відлічується за термодинамічною шкалою температур від абсолютного нуля.

Термодинамічна температура та її одиниця є основними величиною та одиницею СІ, тому як і для інших основних одиниць, розмірність та одиницю температури обирають довільно:

dim T = , [T] =1 K. Кельвін (К, К) - дорівнює 1/273,16 термодинамічної температури потрійної точки води.

У межах СІ можна застосовувати також температуру Цельсія

1.1 Температура Цельсія - [t]; (Celsius temperature, температура Цельсия) - температура, яка визначається рівністю t = T - T0,де за визначенням T0 = 273,15 К, тобто T0 є точно на 0,01 К нижчою від термодинамічної температури потрійної точки води.

Зрозуміло, що розмірність температури Цельсія така сама, що й термодинамічної температури, але температура Цельсія має свою одиницю, яку завжди можна застосовувати нарівні з кельвіном:

dim t = , [t]= 1 оС.

Градус Цельсія (оС, оС) - похідна одиниця СІ, яка є спеціальною назвою для одиниці кельвін і використовується для вираження значень температури Цельсія.

Як одиниця температурного інтервалу градус Цельсія точно дорівнює кельвіну:

1 К = 1 оС. З огляду на це стандарти дозволяють використовувати як одиниці температурних інтервалів або різниці температур нарівні кельвін та градус Цельсія.

Для практичних вимірювань 1990 р. було запроваджено нову Міжнародну температурну шкалу (МТШ-90), яка замінила раніше використовувані Міжнародну практичну температурну шкалу (МПТШ-68) та Тимчасову температурну шкалу 1976 р. для температур від 0,5 К до 30 К. МТШ-90 базується на визначеній кількості фіксованих точок та інтерполяційних процедурах, що виконуються з допомогою визначених засобів вимірювань, і визначає температури, нижчі від 0,65 К. Величини, що відповідають термодинамічній температурі та температурі Цельсія та визначені за цією шкалою, позначаються відповідно Т90 та t90; при цьому t90 = Т90 - Т0.

Т90 має назву "Міжнародна температура Кельвіна", а t90 – "Міжнародна температура Цельсія. Одиницями Т90 та t90 є відповідно кельвін і градус Цельсія, так само, як і для температур Тта t.

Розглянемо найуживаніші позасистемні одиниці температури, які проте не допустимі до застосування.

1.2 Градус Реомюра (оR, оR): 1 оR = 5/4 оC.

Температура за шкалою Реомюра (tR) переводиться в температуру за шкалою Цельсія за формулою tR = 4/5 t.

Реперні точки шкали Реомюра: температура танення льоду (0 оR) та температура кипіння води (80 оR); розмір градуса Реомюра визначено як 1/80 частка температурного інтервалу між цими реперними точками. Звідси й отримано раніше наведені співвідношення для 1 оR та tR.