Термическое уравнение состояния рабочего тела

Хаотическое движение молекул газа имеет тот результат, что они стремятся к равномерному распределению по всему предоставленному им объему, а взаимный обмен энергией обуславливает равномерное распределение между ними всей внутренней энергии газа. Таким образом, наиболее естественным является такое состояние газа, при котором удельный объем, давление и температура, а вместе с ними и все остальные параметры, имеют одинаковое значение во всех точках объема, занимаемого газом. Такое термодинамическое состояние газа называется равновесным. Внешние воздействия (например, односторонний нагрев или перемещение поршня в цилиндре, заполненном газом) нарушают равновесие, и параметры газа перестают быть одинаковыми во всех точках, но после того, как внешнее возмущение прекратится, газ вновь приходит самопроизвольно к состоянию равновесия.

Отсюда видно, что всякий реальный процесс перехода газа из одного состояния в другое неизбежно связан с нарушением термодинамического равновесия, и каждое из промежуточных состояний его является неравновесным.

Однако в технической термодинамике реальные условия идеализируются. В ней рассматриваются только равновесные состояния газа, а всякий процесс перехода его из одного состояния в другое рассматривается как непрерывная последовательность переходов газа от одного равновесного состояния к другому, бесконечно близкому к нему равновесному состоянию. Это дает возможность характеризовать каждое из промежуточных состояний газа конкретными значениями рассмотренных выше термических параметров p, и Т.

Значение каждого из термических параметров определяется одними и теми же факторами, а именно – скоростью движения молекул и средним расстоянием между ними, которые для каждого конкретного состояния газа имеют вполне определенную величину. Поэтому они связаны между собой однозначной зависимостью, которая аналитически выражается в общем виде уравнением

,

которое называется термическим уравнением состояния.

Выражая каждый из термических параметров как явную функцию двух остальных, данное уравнение можно предоставить в одной из следующих формул

.

Эти уравнения показывают, что из трех параметров, определяющих состояние газа, независимыми являются только два, а третий является их функцией. Следовательно, термодинамическое состояние газа можно считать известным, если заданы значения двух его параметров, поскольку третий параметр может быть вычислен из уравнения состояния.