Робоче тіло та основні параметри, що визначають його стан
Для перетворення тепла на механічну енергію необхідний носій енергії, званий робочим тілом. У теплових двигунах як робочі тіла служать гази і пари. Зокрема, водяна пара як робоче тіло широко використовується в парових машинах та турбінах.
Різні тіла знаходяться в природних умовах тільки в одному агрегатному стані, так повітря - у вигляді газу, спирт - у вигляді рідини і залізо - у вигляді твердого тіла. Однак за певних умов їх можна перетворити на будь-який із зазначених станів (твердий, рідкий або газоподібний).
У твердому тілі молекули значно ущільнені, відстані між ними малі і вони так пов'язані силами взаємного тяжіння, що кожна молекула може коливатися в певних межах.
У рідині відстані між молекулами набагато більше, ніж у твердому тілі, а сили зчеплення значно менше, внаслідок чого молекули можуть вільно переміщатися. Тому рідина не має певної форми та майже не чинить опору зміні форми, вона має лише певний обсяг.
У газоподібному тілі молекули знаходяться на ще більшій відстані одна від одної, тому сили зчеплення їх будуть незначними. З підвищенням тиску чи зниженням температури сили зчеплення між молекулами газу збільшуються.
На відміну від рідини газоподібне тіло не має певного обсягу і завжди прагне зайняти якнайбільше простір.
Для спрощення теоретичних досліджень процесів, що відбуваються в реальних газах, вводять умовне поняття про ідеальний газ і визначають параметри (властивості) спочатку ідеальних газів, а потім, вводячи відповідні поправки і коефіцієнти, вивчають реальні гази.
Ідеальним газом (у природі такого газу немає) називають газ, у якому молекули немають об'єм і між ними відсутні сили зчеплення.
Реальним газом називають будь-який наявний газ, молекули якого займають певний обсяг і з-поміж них діють сили зчеплення.
За низьких тисків і високих температур реальні гази за своїми властивостями наближаються до ідеальних.
Стан робочого тіла визначається величинами, які називаються термодинамічні параметри тіла.
Основними термодинамічні параметри тіла є питомий об'єм v, температура Т і тиск р.
Розрізняють абсолютний Рабе, атмосферний (барометричний) Рагм і надлишковий тиск. Тиск вище атмосферного вимірювається манометром, а нижче атмосферного (розрідження) - вакуумметром. Манометр показує різницю між абсолютним і атмосферним тисками, тобто. надлишковий тиск.
Вакуумметр показує різницю між атмосферним тиском і тиском Рабе розрідженого газу. Висота h' підйому рідини в лівій частині трубки (рис. 1 б) вакуумметра показує, на яку величину тиск в балоні менше атмосферного.
На властивості тіл змінювати об'єм під час нагрівання засновано дію рідинних термометрів (до 300°С). Високі температури (1000-2000 °С) вимірюють термоелектричними приладами, які за допомогою гальванометрів визначають електрорушійну силу двох різнорідних металів (термопари), що утворюється при нагріванні тіл. Для вимірювання температур вище 2000 ° С користуються оптичними приладами, дія яких заснована на зміні світлового випромінювання випромінювання